автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Математическое моделирование устройств автоматического ограничения снижения частоты и исследование процессов при нарушениях баланса мощности электроэнергетической системы

На правах рукописи

СОРОКИН Евгений Владимирович

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ УСТРОЙСТВ АВТОМАТИЧЕСКОГО ОГРАНИЧЕНИЯ СНИЖЕНИЯ ЧАСТОТЫ И ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПРИ НАРУШЕНИЯХ БАЛАНСА МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

Специальность 05 14 02 - Электростанции и электроэнергетические системы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 2007

003160399

Работа выполнена на кафедре «Электрические системы и сети» Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Смоловик Сергей Владимирович

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Булычев Александр Витальевич

кандидат технических наук, ст научный сотрудник Кац Пинкус Янкелевич

Ведущая организация ОАО «Архэнерго»

Защита состоится « Л.» шшЬм 2007 г в ю часов на заседании диссертационного совета Д 242 229.11 при ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет» по адресу 195251, г Санкт-Петербург, ул Политехническая, д 29 Главное здание, ауд 325

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»

Автореферат разослан «Щу> 2007 г

Учёный секретарь

диссертационного совета Д 212 229 11 кандидат технических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Общероссийские нормы качества электроэнергии предусматривают, что частота в электроэнергетических системах (ЭЭС) должна поддерживаться в диапазоне 50±0,05 Гц Отклонение частоты на ±0,2 Гц от номинального значения 50 Гц допускается не более 15 мин Аварийное отклонение частоты ограничивается как по условиям работы основного и вспомогательного оборудования электростанций, так и в соответствии с требованиями ряда потребителей

Для предотвращения и ликвидации аварийных ситуаций с возникновением опасного дефицита мощности и снижения частоты в отделившемся районе энергосистемы служат устройства автоматического ограничения снижения частоты (АОСЧ) 1) автоматическая частотная разгрузка (АЧР), 2) частотная делительная автоматика (ЧДА), 3) дополнительная автоматическая разгрузка (ДАР) и ряд других Благодаря действию устройств АОСЧ без участия человека обеспечивается предотвращение и ликвидация аварийных ситуаций, а также восстановление нормального режима работы энергосистемы Несмотря на то, что автоматика ограничения снижения частоты успешно эксплуатируется в России и за рубежом много лет, она еще далека от совершенства Существующий на сегодняшний день стандарт ОАО «СО—ЦДУ ЕЭС» «Технические правила организации в ЕЭС России автоматического ограничения снижения частоты при аварийном дефиците активной мощности (автоматическая частотная разгрузка)» не удовлетворяет требованиям ряда энергосистем Возникает необходимость в настройке устройств АОСЧ, которая определяется свойствами конкретной энергосистемы К сожалению, до настоящего времени исследования не завершены в полном объеме и полностью не решены проблемы выбора настроек устройств АОСЧ

Для выбора настроек устройств АОСЧ используются специализированные программы для ЭВМ, которые позволяют провести достаточно подробные исследования и дать общие рекомендации по улучшению функционирования устройств АОСЧ

Однако следует отметить, что эти программы имеют ряд недостатков, и, как правило, используют одноузловые модели энергосистемы с устройствами АЧР На практике система АЧР включает в себя множество отдельных устройств, размещенных в десятках и более узлах схемы При этом каждое из совокупности устройств АЧР имеет индивидуальные настройки Таким образом, разработанные программы малопригодны для эксплуатационных расчетов, анализа объема разгрузки и корректировки существующих настроек устройств АОСЧ в условиях реальных энергосистем

Следует также отметить, что действующий стандарт не содержит никаких рекомендаций по применению таких устройств, как АЧР, реагирующих на скорость снижения частоты (АЧР-С), АЧР с зависимой выдержкой времени и ряда других Данные устройства находятся в настоящее время на этапе внедрения Тем не менее, требуется разработка методики выбора уста-

вок такой разгрузки, оценка возможности ее сочетания с ныне применяемыми устройствами АОСЧ, а также анализ динамики изменения частоты при использовании данного типа устройств

Цели и задачи работы. Целями работы является разработка подробных математических моделей устройств АОСЧ и исследование процессов динамики изменения частоты в энергосистемах различной структуры для уточнения настроечных параметров, распределения мощностей очередей и выработки рекомендаций по оптимизации параметров устройств Для достижения поставленных целей решены следующие задачи

1 Проведение теоретического исследования переходных процессов в простейшей энергосистеме с учетом действия устройств АОСЧ при разных аварийных ситуациях, отличающихся между собой величиной дефицита мощности, параметрами настройки устройств АОСЧ и величиной вращающегося резерва мощности

2 Разработка математических моделей устройств АОСЧ (АЧР, АЧР с зависимой выдержкой времени, АЧР-С, комбинированной АЧР, ЧАПВ и др), а также моделей нагрузки, отражающих особенности процессов энергосистемы при глубоких снижениях частоты

3 Разработка методики настройки устройств АОСЧ и получение практических рекомендаций для дефицитных энергосистем (на примере Архангельской ЭЭС)

4 Разработка программы расчета переходных процессов в энергосистеме сложной структуры с учетом действия устройств АОСЧ, предназначенной для эксплуатационных расчетов, научно-исследовательских и проектных проработок

5 Проведение исследования переходных процессов в эквивалентной схеме Архангельской ЭЭС с учетом действия следующих устройств 1) АЧР с зависимой выдержкой времени, 2) АЧР-С, 3) АЧР, построенной на комбинации различных факторов и др для разработки рекомендаций по перспективному развитию эффективной системы АЧР

6 Разработка методики выбора уставок устройств АЧР с зависимой выдержкой времени, АЧР—С, а также оценка возможности сочетания этих устройств с традиционной разгрузкой, выполненной с совмещением действия АЧР1 и АЧР2

7 Проведение исследования динамики процесса снижения и восстановления частоты в аварийных условиях при наличии вращающегося резерва мощности на электростанциях и его отсутствии

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем

1 Проведен анализ существующих методов настройки устройств АОСЧ и показаны их недостатки

2 Разработаны математические модели устройств АОСЧ (АЧР, АЧР с зависимой выдержкой времени, АЧР-С, комбинированной АЧР, ЧАПВ и др ), а также модели нагрузки, отражающие особенности процессов энергосистемы при отклонениях частоты

3 Разработана программа расчета переходных процессов энергосистемы сложной структуры с учетом действия устройств АОСЧ Программа позволяет учитывать индивидуальные настройки отдельных устройств АОСЧ, размещение по узлам и т д Программа предназначена для эксплуатационных расчетов, научно-исследовательских и проектных проработок Она позволяет оценить эффективность устройств АОСЧ и при необходимости с помощью проведения серии расчетов скорректировать ее уставки, объемы разгрузки и размещение устройств для предотвращения аварийных ситуаций, связанных с нарушениями баланса мощности электроэнергетической системы

4 Выполнены анализ и обобщение результатов исследования переходных процессов в энергосистеме с учетом действия устройств АОСЧ при различных аварийных ситуациях, отличающихся между собой величиной дефицита мощности, параметрами настройки устройств АОСЧ, а также величиной вращающегося резерва мощности

5 Показаны достоинства АЧР с зависимой выдержкой времени, АЧР-С и АЧР, построенной на комбинации различных факторов, перед традиционной разгрузкой, выполненной с совмещением действия АЧР1 и АЧР2

6 Для дефицитных энергосистем разработаны и проверены на практике рекомендации по выбору настроек устройств АОСЧ

Практическая ценность и реализация результатов работы. Показаны недостатки существующих устройств АОСЧ, приводящие к глубокому снижению частоты в аварийных ситуациях и затягиванию процесса восстановления частоты в энергосистеме Даны рекомендации по устранению отмеченных недостатков Сформулированы требования по настройке устройств АОСЧ, обеспечивающие минимальные понижение и время восстановления частоты

Разработана методика выбора уставок таких устройств, как АЧР-С, АЧР с зависимой выдержкой времени, комбинированной АЧР Проведена оценка возможности сочетания такой разгрузки с ныне применяемыми устройствами АОСЧ, а также анализ динамики изменения частоты при использовании данного типа устройств Результаты теоретических исследований, проведенных на ЭВМ, могут быть использованы на практике в энергосистемах с целью повышения эффективности работы устройств АОСЧ

Разработанное в ходе выполнения диссертации программное обеспечение, полученные выводы и рекомендации могут быть использованы в проектных и эксплуатационных организациях при реконструкции и проектировании электрических систем переменного тока, в которых возможно возникновение электрических режимов, характеризующихся значительным небалансом мощности, а также при выполнении исследований электромеханических переходных процессов электрических систем и оптимизации показателей переходных процессов при авариях Разработанное программное обеспечение используется в научной работе кафедры «Электрические системы и сети» СПбГПУ при решении задач анализа и оптимизации переходных процессов существующих и перспективных ЭЭС при возникновении дефицитов

активной мощности, анализа протекания аварий в энергосистемах, связанных со значительными отклонениями частоты Выработанные в процессе исследований приемы анализа и расчетные методики могут использоваться при рассмотрении перспективных вопросов установки устройств АОСЧ в энергосистемах различной структуры

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на научно-технических конференциях и семинарах, а также на заседании кафедры «Электрические системы и сети» СПбГПУ По теме диссертации опубликовано четыре печатных работы

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 80 наименований, приложения Основная часть работы изложена на 230 страницах и включает в себя 119 рисунков, 28 таблиц и 6 приложений

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дается общая характеристика проблемы и отражается актуальность тематики диссертации, описывается состояние применения устройств АОСЧ и рассматриваются вопросы, которые исследуются в диссертации, а также общий подход к их решению

В первой главе приводится классификация устройств АОСЧ, рассматриваются особенности развития и протекания аварийных ситуаций в дефицитных энергосистемах (Архангельской и Коми) Описывается структура Архангельской ЭЭС, а также опыт применения в ней устройств АОСЧ и их недостатки

Во второй главе рассматриваются математические модели элементов энергосистемы при анализе процессов, связанных с нарушением баланса активной мощности, а также модели устройств АОСЧ (АЧР, АЧР с зависимой выдержкой времени, АЧР—С, комбинированная АЧР, ЧАГГВ и др )

Статорные уравнения всех вращающихся машин (синхронных и асинхронных) записаны с учетом отклонения частоты вращения ротора от синхронной У асинхронных двигателей учтены зависимости тормозного момента от частоты вращения ротора

Математические модели синхронных генераторов содержат модели автоматического регулирования возбуждения и частоты вращения Система возбуждения синхронной машины представлена типовой моделью автоматического регулятора возбуждения сильного действия (описывается дифференциальными уравнениями 6 порядка с учетом ограничений) Действие регулятора возбуждения конкретного типа при моделировании реальных энергосистем осуществлялось заданием соответствующих коэффициентов усиления и постоянных времени

В диссертации принята следующая модель обобщенной нагрузки, представленной шунтом активной и реактивной проводимости

в о + д)' в =_х,_

" Л02 (1 + я)2+Х02 (1 + *)2 ' " д„2 (1 + *)2+х02 (1+5)2'

где п - показатель степени, «=2,5-4

Численными экспериментами показано, что принятая аппроксимация физически правильно и максимально приближенно к действительности отражает изменение мощности потребителей при изменении частоты

В третьей главе приведены результаты исследования переходных процессов в энергосистеме простой структуры (рис 1) с учетом действия устройств АОСЧ при различных аварийных ситуациях, различающихся между собой величиной дефицита мощности, параметрами настройки устройств АОСЧ, а также величиной вращающегося резерва мощности Описание параметров энергосистемы приводится ниже

'3*

Рис 1 Схема простейшей ЭЭС

Энергосистема (рис 1), в состав которой входят четыре электростанции (Съ-Ос,) и нагрузки (А/3-А/6), получает часть мощности из энергообъединения (60 по линии Х|2 Мощность подключенной к АЧР нагрузки составляет 50 % от суммарного потребления Для простоты принято, что вращающийся резерв мощности на всех электростанциях отсутствует Это допущение вполне оправдано, так как регулировочный диапазон (резерв мощности) ТЭС в ряде энергосистем не превышает 10-15% включенной в работу мощности, в большинстве случаев он значительно меньше этого значения или отсутствует совсем

Выполнен анализ влияния изменения верхних уставок/, АЧР 1 и АЧР2 на переходный процесс изменения частоты Уставки устройств АЧР1 и АЧР2 для различных районов приняты следующими район 3 -/дчр|=48,8-46,6 Гц, /ачр2=49,1 Гц, район 4 - /АЧР1=48,9-46,7 Гц, /Ач?2=49,2 Гц, район 5 -/ччр1-49,0-46,8 Гц,/ачр2=49,3 Гц, район 6 _/АЧР1=49,1-46,9, /Ачр2=49,4 Гц Интервал между очередями по частоте А/ АЧР1 и начальные уставки по времени /„ачр2 очередей АЧР2 приняты при этом одинаковыми

На рис 2 приведена зависимость изменения частоты во времени /=^(0 для районов при погашении узла №2 и дефиците активной мощности АРГ=0,4

Гц, /„АЧР2=49,3 Гц, 4 -/начр,=49,1 Гц, /нАЧР2=49,4 Гц

Как видно из рис 2, для дефицитных районов, где вращающийся резерв мощности на электростанциях отсутствует, повышение частоты/нАчр| и /,ачр2 на 0,1-0,3 Гц не дает частоте «провалиться» и разгрузка начинает действовать раньше Таким образом верхний предел уставок по частоте АЧР1 и АЧР2 целесообразно выбирать более высоким (/„ачр1=49, 1 Гц - для АЧР1, /нлчр2=49,4 Гц - для АЧР2) Следует отметить, что опыт эксплуатации устройств АОСЧ в дефицитных энергосистемах ОЭС Центра, Средней Волги и Урала подтверждает сделанный вывод

В этой же главе показано, что рекомендация задержки начальной уставки по времени АЧР2 ?„ачр2 на 10-20 с является завышенной и неоправданной АЧР1 завершает свое действие за 3-4 с, поэтому время ?„ачр2 должно быть не более 5 с Таким образом, целесообразным следует признать следующие уставки АЧР2 ¿„Ачр2=5 сек, Дг=5 сек

Рассмотрено влияние изменения интервала между очередями по частоте А/ АЧР1 и, как следствие, плотности разгрузки кр=(АРр/А/) (отношение мощности разгрузки АЧР АРр к диапазону изменения частоты/,-^) на переходный процесс изменения частоты Уставки устройств АЧР1 для различных районов приняты следующими район 3 - /АЧР1=48,8-46,6 Гц, А/ =0,2 Гц, район 4 -/АЧр1=48,8-^7,15 Гц, А/=0,15 Гц, район 5 -/АЧР1=48,8-47,7 Гц, Д/ =0,1 Гц, район 6 —7ачр1=48,8-48,25 Гц, А/=0,05 Гц Значение плотности разгрузки кр для различных районов при заданном диапазоне изменения частоты /нлчр|-./качр1 и мощности нагрузки АЧР АРр=50 % составит район 3 -кр=1\, район 4 - кр=15, район 5 - /ср=22, район 6 - кр=45 Значения уставок очередей АЧР2 по частоте и времени приняты при этом одинаковыми

На рис 3 приведена зависимость изменения частоты во времени /=^(0 для районов при погашении узла №2 и дефиците мощности АР, =0,4 о е

1 Гц <4 2

- И

50 О

48,8-

4'6

О 5 10 15 20 25 г с

Рис 3 Зависимости /=(р{() 1 -£р= 11, 2 -£р=15, 3 -кр=22, 4 -/ср=45

Как видно из рис 3, плотность разгрузки кр оказывает существенное влияние на переходный процесс изменения частоты Во-первых, уве-

личение плотности разгрузки кр уменьшает отклонение частоты от допустимых значений и, как следствие, повышает минимальное значение частоты /мим, которое достигается в переходном процессе Во-вторых, с увеличением плотности разгрузки кр происходит более быстрое завершение переходного процесса изменения частоты/=^(0

Таким образом, увеличение плотности разгрузки кр обусловливает положительные изменения характера переходного процесса Однако, исследование динамики действия АЧР1 показывают, что с увеличением кр возникает «перерегулирование» частоты в процессе отключения потребителей, что особо заметно при плотностях кр>22 При плотностях кр>(7-10) «перерегулирование» частоты проявляется слабо и корректировку уставки последних очередей АЧР1 (уменьшение диапазона /,,-/к за счет сокращения интервала между очередями АЧР1) следует признать целесообразной

После того, как выбраны объемы разгрузки, они могут быть распределены по очередям различными способами В большей степени на характер переходного процесса изменения частоты оказывает влияние характер распределения нагрузки по очередям АЧР1 Выполнено сопоставление нескольких различных вариантов распределения 1) - равномерное распределение нагрузки по очередям АЧР1, 2) - с подключением основной части нагрузки к первым очередям (к первым шести очередям подключается 75 % от общего объема разгрузки), 3) - с подключением основной части нагрузки к последним очередям (к последним шести очередям подключается 75 % от общего объема разгрузки), 4) — с подключением основной части нагрузки к средним очередям

На рис 4 приведены зависимости изменения частоты во времени при погашении узла №2 и дефиците активной мощности ЛРГ=0,2 при различных вариантах распределения нагрузки по очередям АЧР1

1 Гц 50,0

49 S 4У0 4Ь 5 48 0:

О 5 10 15 20 ТО V> le

Рис 4 Зависимости изменения частоты во времени 1 - равномерное, 2-е подключением основной части нагрузки к первым очередям, 3-е подключением основной части нагрузки к последним очередям, 4-е подключением основной части нагрузки к средним очередям

fr„

-ISAS О 47 ■> 47 0

' 02 ' «1 "" 67 Рис 5 Зависимость минимального значения частоты в переходном процессе от

дефицита мощности 1 - равномерное, 2-е подключением основной части нагрузки к первым очередям, 3-е подключением основной части нагрузки к последним очередям, 4-е подключением основной части нагрузки к средним очередям

На рис 5 приведены зависимости минимального значения частоты/ми„ в переходном процессе от дефицита АРг при различных вариантах распределения нагрузки по очередям АЧР1 Как видно из рис 5, приемлемое качество переходного процесса и наибольшее минимальное значение частоты fmH, имеет место при подключении основного объема к первым очередям АЧР1

Отключение потребителей быстродействующими очередями АЧР1 происходит с некоторым запаздыванием At Учитывая, что время срабатыва-

ния реле частоты устройства АЧР гр=0,15-0,2 с, время действия выключателя /в=0,15-0,2 с, при полном исключении выдержки времени устройства /рв=0 минимальное значение Д/ составит 0,3—0,4 с

48Д 48 04" ч-■Г,»-46 <46 0

-Лгея о е

0,3

04

0И

Рис 6 Зависимости изменения частоты во времени

1 - Д/=0,3 с, 2 - Дг=0,4 с, 3 - Д*=0,5 с, 4 -Д/=0,6 с

Рис 7 Зависимость минимального значения частоты от дефицита мощности 1 - Д/=0,3 с, 2 - Дг=0,4 с, 3 - Д/=0,5 с, 4 -Д/=0,6 с

На рис 6 приведены зависимости изменения частоты во времени для районов при погашении узла №2 (ДРГ=0,3) при различном запаздывании в отключении потребителей Как видно из рис 6, запаздывание в отключении потребителей оказывает существенное влияние на переходный процесс изменения частоты /=г/>(7) при действии АЧР1

При Д£=0,3-0,6 с запаздывание в отключении потребителей при работе очередей АЧР1 приводит при больших дефицитах мощности к «перерегулированию», т е кратковременному снижению частоты в переходном процессе до очередей АЧР1 с более низкими уставками по частоте, чем это было бы при ДМ), а при особо больших дефицитах - ниже уставок АЧР1

В качестве иллюстрации этого явления на рис 7 построены зависимости минимального значения частоты /мин в переходном процессе от значения дефицита мощности АР, при различных временах запаздывания А( отключения потребителей очередями АЧР1 Как видно из рис 7, величина /ти тем ниже, чем больше &

Так же в этой главе проведено исследование переходных процессов с учетом действия АЧР с зависимой выдержкой времени и АЧР-С

Выполнение аварийной разгрузки по скорости снижения частоты дает возможность произвести отключение потребителей раньше, чем это сделает разгрузка по абсолютному значению частоты, и тем самым получить более высокие значения частоты в переходном процессе

При выполнении разгрузки с зависимой выдержкой времени отключение потребителей при работе очередей, действующих как АЧР1, произойдет несколько быстрее, нежели это происходит в обычных устройствах АЧР1, когда уставки очередей АЧР1 остаются неизменными Кроме того, при работе такой разгрузки всегда будет соблюдаться порядок отключения потребителей по мере роста их ответственности

В качестве примера на рис 8 показаны зависимости изменения частоты в переходном процессе при использовании традиционной АЧР, АЧР с зависимой выдержкой времени и АЧР-С

Рис 8 Зависимости изменения частоты во времени 1 - традиционная АЧР, 2 - АЧР с зависимой выдержкой времени, 3 -АЧР-С

Рис 9 Зависимости изменения мощности нагрузки, подключенной к АЧР 1 - традиционная АЧР, 2 - АЧР с зависимой выдержкой времени, 3 - АЧР-С

Как видно из рис 8, при использовании АЧР-С минимальное значение частотыв переходном процессе повышается и происходит более быстрое восстановление частоты Кроме того, применение АЧР с зависимой выдержкой времени и АЧР—С не приводит к «перерегулированию» частоты и излишнему отключению потребителей (рис 9), а также позволяет несколько сократить частотно-временную зону по сравнению с совмещенным принципом выполнения разгрузки

В четвертой главе приводится методика и последовательность расчета аварийной разгрузки (на примере Архангельской ЭЭС), а также определение зависимости изменения частоты во времени /=^(0 после возникновения дефицита мощности и действия разгрузки в различных режимах работы Архангельской ЭЭС

В качестве дополнительных мероприятий для повышения эффективности АОСЧ в Архангельской ЭЭС рассматриваются следующие 1) — применение АЧР с зависимой выдержкой времени, 2) - замена последних очередей АЧР1 (с уставками ниже 47,5 Гц) на АЧР с зависимой выдержкой времени, 3) - применение АЧР-С, 4) - применение комбинированной разгрузки

Рассмотрим применение комбинированной разгрузки, когда традиционная разгрузка совмещается с АЧР-С, а последние очереди АЧР1 (с уставками ниже 47,5 Гц) заменяются на АЧР с зависимой выдержкой времени

В качестве аварийной ситуации рассмотрим выделение Архангельского энергоузла на изолированную работу с дефицитом активной мощности ЛР,=45 % При дефиците мощности АР¡=45 % работа устройств АЧР с зависимой выдержкой времени несколько повышает минимальное значение частоты Умиш а также дает более приемлемое качество переходного процесса (кривая 2, рис 10) Работа устройств АЧР-С, входящих в комбинированную АЧР, при дефиците мощности ДРГ=45 % еще несколько повышает мини-

мальное значение частоты/мин (кривая 3, рис 10) При дефиците мощности АР,=50 % срабатывают все очереди устройства АЧР-С, а также часть устройств АЧР с зависимой выдержкой времени, и потребителей отключается несколько больше, чем при ликвидации аварии традиционной АЧР Однако следует отметить, что при работе комбинированной АЧР частота восстанавливается в течение 15-20 с и становится возможным обратное включение ответственных потребителей устройствами ЧАПВ

Г, Гц 50 0

49,

49,0

48 5

48 0

4" ^

0 10 20 30 40 <0 60 "0 Ь0 90 100? с Рис 10 Зависимости изменения частоты во времени 1 - традиционная АЧР, 2 — выполнение АЧР с совмещением действия АЧР1,2 и заменой устройств АЧР1 (с,5 Гц) на АЧР с зависимой выдержкой времени, 3 - комбинированная АЧР

В пятой главе рассматривается программа расчета электромеханических переходных процессов, разработанная при участии автора на кафедре «Электрические системы и сети» СПбГПУ Программа обладает всеми необходимыми функциональными возможностями, ориентированными на задачи эксплуатации ЭЭС, и позволяет проводить расчеты длительных переходных процессов, связанных с дефицитом (избытком) активной мощности и работой устройств АОСЧ

В этой же главе иллюстрируется работа программы на примере аварийной ситуации, имевшей место в Архангельской ЭЭС, приводятся ее краткая характеристика, план размещения устройств АОСЧ, а также упрощенные блоки расчета устройств АОСЧ

Г г, я

50 О-1

48,8

О 20 40 60 80 'С

Рис 11 Зависимость изменения частоты во времени 1 - авария, 2 - расчет

На рис 11 в качестве примера приведены результаты расчета по этой программе и произведено их сопоставление с реальным процессом в энергосистеме, которое дает достаточно хорошее совпадение

В этой же главе рассматривается влияние вращающегося резерва мощности на электростанциях на динамику изменения частоты (рис 12)

станциях

1 - отсутствует, 2 - 0,06 о е , 3 - 0,11 о е,4-0,16о е , 5 - 0,22 о е, 6 - 0,28 о е

Из рис 12 видно, что наличие вращающегося резерва мощности на электростанциях позволяет повысить минимальное значение частоты /мия во время переходного процесса, а также избежать срабатывания устройств АЧР1(2) и тем самым существенно уменьшить объем отключаемой нагрузки

В этой же главе показано, что для успешной ликвидации аварийной ситуации со снижением частоты в Архангельской ЭЭС к устройствам АОСЧ необходимо подключить не менее 60 % суммарной мощности нагрузки

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1 Проведен анализ реальных аварийных ситуаций со снижением частоты, а также существующих способов реализации устройств АОСЧ на примере Архангельской ЭЭС Показаны недостатки устройств АОСЧ, приводящие к глубокому снижению частоты в аварийных ситуациях и затягиванию процесса восстановления частоты в энергосистеме Приведены практические рекомендации по устранению отмеченных недостатков

2 Разработана модель нагрузки, а также модели устройств АОСЧ (АЧР, АЧР с зависимой выдержкой времени, АЧР-С, ЧАПВ и др) для анализа длительных переходных процессов при значительных дефицитах мощности

3 Рассмотрено влияние различных настроек устройств АОСЧ на переходный процесс изменения частоты Произведено сравнение процессов снижения частоты в энергосистеме при различном числе ступеней разгрузки, плотности разгрузки, времени запаздывания в канале отключения потреби-

телей, распределении объема разгрузки по очередям, наличии вращающегося резерва и его отсутствии и т д

4 Проведена серия экспериментов на математической модели Архангельской ЭЭС с применением перспективных устройств АЧР (АЧР-С, АЧР с зависимой выдержкой времени, комбинированной АЧР и других) Полученные результаты показали, что использование перечисленных устройств обусловливает ряд преимуществ перед традиционной системой организации аварийной частотной разгрузки

5 Разработана методика выбора уставок АЧР-С, АЧР с зависимой выдержкой времени, выполнена оценка возможности их сочетания с ныне применяемыми устройствами АОСЧ, а также проведен анализ динамики изменения частоты при использовании данного типа устройств

6 Разработана программа расчета переходных процессов с учетом действия устройств АОСЧ, предназначенная для эксплуатационных расчетов, научно-исследовательских и проектных проработок, которая позволяет оценить эффективность устройств АОСЧ и при необходимости с помощью проведения серии расчетов скорректировать ее уставки, объемы разгрузки и размещение устройств Результаты расчета электромеханических переходных процессов по этой программе при аварийной ситуации в Архангельской ЭЭС дают достаточно хорошее совпадение с реальным процессом

7 Проведена серия экспериментов на математической модели Архангельской ЭЭС для изучения динамики снижения частоты Результаты исследований на ЭВМ подтверждают, что для получения приемлемого качества переходного процесса изменения частоты следует рекомендовать следующие уставки устройств АОСЧ верхний предел уставок по частоте АЧР1 и АЧР2 целесообразно выбирать /,„кк=49,1 Гц - для АЧР 1, ./н,„ах=49,4 Гц - для АЧР2, количество очередей для устройств разгрузки иачр=10-15, основной объем разгрузки (75%) следует подключать к первым очередям, выдержка времени устройств разгрузки должна выбираться минимальной Д/=0,15 с Рекомендуется также замена устройств АЧР1 (с уставками ниже 47,5 Гц) на АЧР с зависимой выдержкой времени, а также применение АЧР-С и комбинированной АЧР

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1 Сорокин ЕВ Моделирование алгоритмов автоматической частотной разгрузки при исследовании переходных процессов электроэнергетических систем /АН Беляев, С В Смоловик, Е В Сорокин // Материалы X Всероссийской конференции по проблемам науки и высшей школы «Фундаментальные исследования в технических университетах» 18 0519 05 2006, Санкт-Петербург СПб Изд-во СПбГПУ - 2006 - С 262263

2 Сорокин Е В Проблема обеспечения эффективности аварийной частотной разгрузки на примере Архангельской ЭЭС // Материалы X Всероссийской конференции по проблемам науки и высшей школы «Фунда-

ментальные исследования в технических университетах» 18 05— 19 05 2006, Санкт-Петербург СПб Изд-во СПбГПУ - 2006 - С 288289

3 Сорокин ЕВ Математическое моделирование автоматической частотной разгрузки с зависимой выдержкой времени// Научно-технические ведомости СПбГПУ №6-1 (48), 2006 СПб Изд-во СПбГПУ -2006 - С 58-62

4 Сорокин Е В Автоматическая частотная разгрузка с зависимой выдержкой времени// Материалы XI Всероссийской конференции по проблемам науки и высшей школы «Фундаментальные исследования и инновации в технических университетах» 18 05-19 05 2007, Санкт-Петербург СПб Изд-во СПбГПУ - 2007 - С 547-553

Лицензия ЛР №020593 от 07 08 97

Подписано в печать 26 09 2007 Формат 60x84/16 Печать цифровая Уел печ л 1,0 Тираж 100 Заказ 2022Ь

Отпечатано с готового оригинал-макета, предоставленного автором, в Цифровом типографском центре Издательства Политехнического университета 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул, 29 Тел 550-40-14 Тел/факс 297-57-76

ОГЛАВЛЕНИЕ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ И ПРОТЕКАНИЯ

АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЙ В СОВРЕМЕННЫХ ЭНЕРГОСИСТЕМАХ.

1.1. Восстановление баланса активной мощности в отделившихся частях энергосистемы.

1.2. Описание Архангельской энергосистемы.

1.2.1. Структура Архангельской энергосистемы.

1.2.2. Установленная мощность электростанций.

1.2.3. Баланс мощности Архангельской энергосистемы.

1.2.4. Перетоки мощности, пропускная способность связей.

1.3. Особенности протекания аварийных ситуаций в Архангельской энргосистеме.

1.4. Выводы по первой главе.

1.5. Задачи диссертации.

ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ЭНЕРГОСИСТЕМЫ ПРИ АНАЛИЗЕ ПРОЦЕССОВ, СВЯЗАННЫХ С

НАРУШЕНИЕМ БАЛАНСА АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ.

2.1. Расчеты электромеханических переходных процессов в энергосистемах.

2.2. Модель синхронной машины.

2.3. Модель автоматического регулятора возбуждения сильного действия (АРВ-СД).

2.4. Модель паровой турбины и ее системы регулирования.

2.5. Модель нагрузки.

2.6. Модели устройств противоаварийной автоматики.

2.7. Выводы по второй главе.

ГЛАВА 3. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ВЫПОЛНЕНИЯ ЧАСТОТНОЙ

РАЗГРУЗКИ.

3.1. Предотвращение и ликвидация аварийных небалансов мощности.

3.2. Требования к устройствам АОСЧ.

3.3. Устройства АОСЧ.

3.3.1. Автоматическая частотная разгрузка (АЧР).

3.3.1.1. Категории разгрузки. Уставки АЧР.

3.3.1.2. Объем и размещение разгрузки.

3.3.1.3. Совмещенное действие АЧР 1 и АЧР2.

3.3.1.4. АЧР с зависимой выдержкой времени.

3.3.1.5. АЧР с использованием фактора скорости снижения частоты.

3.3.1.6. АЧР как средство ресинхронизации энергетических систем.

3.3.1. Дополнительная автоматическая разгрузка (ДАР).

3.3.2. Частотная делительная автоматика (ЧДА).

3.4. Выводы по третьей главе.

ГЛАВА 4. МЕТОДИКА РАСЧЕТА АВАРИЙНОЙ РАЗГРУЗКИ.

4.1. Расчетные режимы и аварии. Последовательность расчета.

4.2. Расчет аварийной разгрузки Архангельской энергосистемы.

4.2.1. Последовательность расчета.

4.2.2. Анализ режимов работы Архангельской энергосистемы в характерных суточных графиках нагрузки.

4.2.2.1. Режим рабочего дня.

4.2.2.2. Режим выходного дня.

4.2.2.3. Режим праздничного дня.

4.2.2.4. Режим предвыходного дня.

4.2.3. Выбор режима с максимальным относительным дефицитом мощности.

4.2.4. Анализ всех возможных аварийных режимов для выбранного режима работы Архангельской энергосистемы с максимальным относительным дефицитом мощности.

4.2.5. Расчет объема разгрузки и размещение его по Архангельской энергосистеме.

4.2.6. Выбор параметров очередей АЧР и распределение нагрузки по очередям.

4.2.7. Определение зависимости изменения частоты во времени после возникновения дефицита мощности и действия разгрузки в различных режимах работы Архангельской энергосистемы.

4.2.8. Контроль фактической мощности, подключенной к АЧР, для характерных режимов работы Архангельской энергосистемы.

4.2.9. Корректировка объема и размещения разгрузки.

4.2.10. Разработка дополнительных мероприятий для повышения эффективности АОСЧ в Архангельской энергосистеме.

4.3. Выводы по четвертой главе.

ГЛАВА 5. ПРИМЕНЕНИЕ ЭВМ ДЛЯ РАСЧЕТА ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ С УЧЕТОМ ДЕЙСТВИЯ УСТРОЙСТВ АОСЧ.

5.1. Сравнение характеристик зарубежных и отечественных программных комплексов.

5.2. Программа расчета электромеханических переходных процессов с учетом действия АОСЧ.

5.3. Расчет переходного процесса изменения частоты при наличии вращающегося резерва мощности.

5.4. Расчет переходного процесса изменения частоты при отсутствии вращающегося резерва мощности.

5.5. Выводы по пятой главе.

Большую часть времени энергосистема (ОЭС, ЕЭС) находится в нормальном режиме и характеризуется определенной схемой сети и значениями параметров режима (частоты, напряжения, перетоков активной мощности), соответствующих требованиям существующих стандартов и эксплуатационных инструкций.

Переходные процессы в энергосистеме возникают при нарушении нормального режима в результате перегрузки элементов сети, нарушения устойчивости, выделения районов с дефицитом активной мощности на изолированную работу.

Отделение района и переход его на несинхронную работу может произойти в результате одновременного отключения всех линий, связывающих его с энергосистемой. В отделившемся районе может возникнуть дефицит активной мощности, что вызовет опасное снижение частоты. Для предотвращения и ликвидации аварийных ситуаций с возникновением опасного дефицита активной мощности и снижения частоты в отделившемся районе служат устройства автоматического ограничения снижения частоты (АОСЧ).

Устройства АОСЧ такие как, автоматическая частотная разгрузка (АЧР), частотная делительная автоматика (ЧДА), дополнительная автоматическая разгрузка (ДАР) и ряд других, широко распространены в энергосистемах нашей страны и за рубежом. Кроме того, они сравнительно просты и вместе с тем чрезвычайно эффективны, так как благодоря им предотвращаются наиболее тяжелые аварии с полным нарушением электроснабжения из-за «лавины частоты».

Устройства АОСЧ, используемые для предотвращения опасного снижения частоты в энергосистемах, подразделяются на следующие основные категории [62]:

1) АЧР1 - быстродействующая (/=0,3-0,5 с) с уставками срабатывания от 48,8 Гц до 46,5 Гц; ее назначение - не допустить глубокого снижения частоты в первое время развития аварии;

2) АЧР2 предназначается для восстановления частоты до нормального значения, если она длительно остается пониженной («зависает») на уровне 48 Гц; используется также в качестве резервного устройства в случае возникновения дополнительного дефицита активной мощности при сложном переходном процессе в период развития аварии. Уставки срабатывания всех очередей АЧР2 принимаются одинаковыми в диапазоне 49,0-48,7 Гц; выдержки времени отличаются друг от друга на 5 с и принимаются равными 5-70 с;

3) ДАР предназначается для местной разгрузки при возникновении большого дефицита активной мощности в районе энергосистемы, когда суммарная мощность потребителей, подключенных к АЧР1 и АЧР2, оказывается недостаточной для предотвращения снижения частоты;

4) специальная очередь АЧР (САЧР) с уставкой 49,2 Гц, выполняемая в дефицитных энергообъединениях для предотвращения нарушения устойчивости межсистемных связей при медленном нарастании дефицита мощности, а также для предотвращения автоматической или оперативной разгрузки энергоблоков АЭС при снижении частоты наже 49,0 Гц;

5) частотная делительная автоматика (ЧДА) предназначается для сохранения в работе собственных нужд и предотвращения полного останова электростанций при отказе или недостаточной эффективности устройств АЧР; ЧДА имеет две уставки срабатывания: первая 46,0-47,0 Гц (/=0,3-0,5 с), вторая - 47,0-47,5 Гц (/=30-40 с);

6) автоматический частотный ввод резерва (АЧВР) предназначается для уменьшения величины дефицита мощности и действует на пуск резервных гидрогенераторов, а также осуществляет ускоренный набор нагрузки на гидрогенераторах, имеющих резервную мощность; уставки по частоте устройств АЧВР принимаются на 0,2-0,5 Гц выше первых очередей уставок АЧР;

7) частотное автоматическое повторное включение (ЧАПВ) предназначается для включения потребителей при восстановлении частоты до номинальных значений.

Благодоря действию всех категорий АОСЧ без участия человека обеспечивается предотвращение нарушений нормального режима, развития аварийных ситуаций и распространения их на соседние районы; восстановление нормального режима работы энергосистемы. Полное время ликвидации аварийных ситуаций с помощью устройств АОСЧ даже при отключении значительных мощностей обычно не превышает 1-2 мин.

Несмотря на то, что автоматика ограничения снижения частоты успешно эксплуатируется в России и за рубежом много лет, она еще далека от совершенства. Существующий на сегодняшний день стандарт [62] не удовлетворяет требованиям ряда энергосистем. Возникает необходимость в частной настройке устройств АОСЧ каждой энергосистемой. К сожалению, до настоящего времени исследования не завершены в полном объеме и полностью не решены проблемы выбора настроек устройств АОСЧ.

Проведение тщательных исследований динамики процесса снижения и восстановления частоты в аварийных условиях при действии устройств АОСЧ является актуальной задачей для решения этой проблемы. Следует отметить, что за последнее время по решению этой проблемы появился ряд диссертационных работ [4, 35, 65], научно-технических отчетов [51, 52], учебных пособий [1, 42, 44, 80], статей в журналах [16, 27, 30, 43, 61]. Широкое распространение мощных вычислительных средств позволяет еще раз провести всесторонние исследования и дать рекомендации по улучшению настроек устройств АОСЧ.

С помощью появления специальных программ для ЭВМ [16, 55], разработанных для решения определенных классов задач, уже преодолены многие препятствия, стоявшие на пути усовершенствования устройств

АОСЧ. Такие программы позволяют провести ряд исследований и дать общие рекомендации по улучшению настроек устройств АОСЧ. Однако следует отметить, что эти программы, как правило, используют одноузловые модели АЧР. Существенным недостатком этих математических моделей АЧР является то, что каждая ступень АЧР представляется одним логическим устройством модели, с единой уставкой по частоте и времени, к которому отнесен весь объем управляющих воздействий реальных устройств, задействованных в этой ступени. На практике система АЧР включает в себя множество отдельных устройств, размещенных в десятках и более узлах схемы. При этом каждое из совокупности устройств АЧР имеет индивидуальные настройки.

Таким образом, разработанные программы, подходят для теоретических исследований переходных процессов с учетом действия АЧР и изучения влияния основных параметров АЧР на переходный процесс, однако малопригодны для эксплуатационных расчетов, анализа и корректировки существующих настроек устройств АОСЧ. Совместно с кафедрой «Электрические системы и сети» Санкт-Петербургского Государственного Политехнического университета (СПбГПУ) разработана программа расчета переходных процессов с учетом действия устройств АОСЧ, предназначенная для эксплуатационных расчетов, научно-исследовательских и проектных проработок. Она позволяет оценить эффективность устройств АОСЧ и при необходимости с помощью проведения серии расчетов скорректировать ее уставки, объемы разгрузки, размещение устройств для предотвращения и ликвидации аварийных ситуаций с отключением электрических станций и потребителей. Следует отметить, что огромный вклад в разработку программы внесли доктор технических наук С. В. Смоловик и кандидат технических наук А. Н. Беляев.

Следует также отметить, что действующий стандарт [62], не содержит никаких рекомендаций по применению таких устройств, как АЧР, реагирующих на скорость снижения частоты (АЧР-С); АЧР с выдержкой времени, зависящей от частоты; АЧР с использованием управляющей быстродействующей вычислительной машины диспетчерского пункта и ряда других. Данные устройства находятся в настоящее время на этапе внедрения. Тем не менее, требуется разработка методики выбора уставок такой разгрузки, оценка возможности ее сочетания с ныне применяемыми устройствами АОСЧ, а также анализ динамики изменения частоты при использовании данного типа устройств.

Таким образом, настроечные параметры устройств АОСЧ должны выбираться на основе исследований динамики снижения частоты в энергосистеме с учетом действия устройств АОСЧ. На основе этих исследований в данной работе приводятся практические рекомендации по настройке устройств АОСЧ, в первую очередь применительно к дефицитным энергосистемам (на примере Архангельской энергосистемы).

Опыт эксплуатации цифровой техники в частотной автоматике показал, что широкие возможности, предоставляемые программным обеспечением, используемым в этих устройствах, позволяют выдвинуть более жесткие требования к характеристикам устройств АОСЧ [3, 23, 39]. Предлагаемые в указанной работе изменения к существующим требованиям затрагивают вопросы выбора уставок, диапазонов их изменения и ряда других настроек, так как именно указанные характеристики оказывают существенное влияние на характер изменения частоты в аварийном режиме.

Проводимые в данной работе исследования направлены на выбор эксплуатационных характеристик устройств АОСЧ на основе:

- существующих стандартов;

- директивных материалов;

- рекомендаций международных стандартов;

- характеристик лучших образцов отечественных и зарубежных устройств АОСЧ;

- рекомендаций и пожеланий специалистов, эксплуатирующих устройства АОСЧ;

- обобщения опыта эксплуатации цифровых устройств частотной автоматики на промышленных предприятиях и объектах топливно-энергетического комплекса;

- теоретических исследований переходных процессов с учетом действия устройств АОСЧ при разных аварийных ситуациях, отличающихся между собой величиной дефицита мощности, числом очередей устройств разгрузки, запаздыванием в канале отключения потребителей, плотностью разгрузки и величиной вращающегося резерва;

- математического моделирования элементов энергосистемы, а также автоматических регуляторов скорости вращения турбин, паровых турбин и котлов, устройств релейной защиты и противоаварийной автоматики;

- опыта эксплуатации устройств АОСЧ в Архангельской энергосистеме.

Приведенные в работе значения задаваемых уставок устройств АОСЧ представляют собой результат обобщения объективной информации, полученных при наблюдении и анализе реальных аварийных ситуаций, сопровождающихся снижением частоты.

Структурно диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 80 наименований и приложения.

5.5. Выводы по пятой главе

1. Сопоставление функциональных возможностей отечественных ПВК для анализа установившихся режимов и электромеханических переходных процессов с их зарубежными аналогами показало, что у российских ПВК отсутствует целый ряд функций, позволяющих решать задачи, связанных с эксплуатацией энергосистем на современном уровне.

2. Программа расчета электромеханических переходных процессов, разработанная при участии автора на кафедре «Электрические системы и сети» СПбГПУ, обладает всеми необходимыми функциональными возможностями, ориентированными на задачи эксплуатации электроэнергетических систем, и позволяет технологам проводить расчеты длительных переходных процессов, связанных с дефицитом (избытком) активной мощности и работой устройств АОСЧ, систем первичного и вторичного регулирования частоты.

3. Программа расчета электромеханических переходных процессов, разработанная на кафедре «Электрические системы и сети» СПбГПУ, учитывает подробные модели регуляторов возбуждения синхронных машин, турбин с их регуляторами скорости, котлов с их главными регуляторами, технологические защиты. Кроме того, она представляет возможность создания подробных пользовательских моделей элементов энергосистем, систем регулирования и защиты, устройств АОСЧ, а также устройств противоаварийной автоматики.

4. В качестве примера приводятся результаты расчета переходного процесса по этой программе при аварийной ситуации в Архангельской энергосистеме. Сопоставление расчета переходного процесса с реальным процессом в Архангельской энергосистеме дает достаточно хорошее совпадение.

5. Разработанная программа расчета переходных процессов с учетом действия устройств АОСЧ, позволяет проводить расчет изменения частоты, как при наличии вращающегося резерва мощности, так и при его отсутствии.

6. Расчеты электромеханических переходных процессов с учетом действия АОСЧ показали, что наличие вращающегося резерва мощности на электростанциях позволяет повысить минимальное значение частоты fMWK во время переходного процесса, а также избежать срабатывания устройств АЧР 1(2) и тем самым существенно уменьшить объем отключаемой нагрузки.

7. Расчеты электромеханических переходных процессов с учетом действия АОСЧ показали, что для успешной ликвидации аварийных ситуаций со снижением частоты в Архангельской энергосистеме к устройствам АОСЧ должно быть подключено не менее 60 % суммарной мощности нагрузки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Устройства автоматического ограничения снижения частоты (АОСЧ) предназначены для обеспечения живучести ЕЭС России при возникновении значительного дефицита активной мощности в отдельных ее частях (регионах) с их аварийным отделением и глубоким (ниже 49,0 Гц) снижением частоты (и напряжения, как следствия снижения частоты), создающих угрозу повреждения оборудования электростанций, безопасности работы АЭС, нарушения нормальной работы электроприемников потребителей, а также возникновения лавины частоты и напряжения с полным прекращением электроснабжения.

2. Проведен анализ реальных частотных аварий, а также существующих способов автоматического ограничения снижения частоты, применяемых в энергосистемах России, на примере Архангельской энергосистемы. Показаны недостатки устройств АОСЧ, приводящие к глубокому снижению частоты в аварийных ситуациях и затягиванию процесса восстановления частоты в энергосистеме. Приведены практические рекомендации по устранению отмеченных недостатков. Теоретические исследования и расчеты на ЭВМ подтверждают возможность усовершенствования существующих устройств АОСЧ, а также их настроек (выбор уставок, диапазонов их изменения и т. д.).

3. Разработана модель нагрузки, а также модели устройств АОСЧ (АЧР, АЧР с зависимой выдержкой времени, АЧР с использованием фактора скорости снижения частоты, ЧАПВ, ЧДА, и ряд других) для анализа длительных (от десятков секунд до нескольких минут) переходных процессов.

4. Рассмотрено влияние различных настроек устройств АОСЧ на переходный процесс изменения частоты. Произведено сравнение процессов снижения частоты в энергосистеме при различном числе ступеней разгрузки, плотности разгрузки, времени запаздывания в канале отключения потребителей, распределении объема разгрузки по очередям, наличии вращающегося резерва и его отсутствии и т. д.

5. Проведена серия экспериментов на математической модели Архангельской энергосистемы с применением современных устройств АЧР (АЧР с использованием фактора скорости снижения частоты, АЧР с зависимой выдержкой времени, АЧР, построенной на комбинации ряда факторов и других). Полученные результаты показали, что использование вышеперечисленных устройств имеет ряд преимуществ перед традиционной разгрузкой.

6. Разработана методика выбора уставок АЧР, реагирующих на скорость снижения частоты, АЧР с зависимой выдержкой времени; выполнена оценка возможности их сочетания с ныне применяемыми устройствами АОСЧ, а также проведен анализ динамики изменения частоты при использовании данного типа устройств.

7. Для анализа имевших место аварий и оценки эффективности выбранной разгрузки произведен расчет переходных процессов в Архангельской энергосистеме с учетом действия устройств АОСЧ, а также других противоаварийных мероприятий.

8. Проведено сопоставление функциональных возможностей отечественных ПВК для анализа установившихся режимов и электромеханических переходных процессов с их зарубежными аналогами и показано, что у российских ПВК отсутствует целый ряд функций, позволяющих решать задачи, связанных с эксплуатацией энергосистем на современном уровне.

9. Разработана программа расчета переходных процессов с учетом действия устройств АОСЧ, предназначенная для эксплуатационных расчетов, научно-исследовательских и проектных проработок, которая позволяет оценить эффективность устройств АОСЧ и при необходимости с помощью проведения серии расчетов скорректировать ее уставки, объемы разгрузки и размещение устройств.

10. Программа расчета электромеханических переходных процессов, разработанная при участии автора на кафедре «Электрические системы и сети» СПбГПУ, учитывает подробные модели регуляторов возбуждения синхронных машин, турбин с их регуляторами скорости, котлов с их главными регуляторами, технологические защиты. Кроме того, она представляет возможность создания подробных пользовательских моделей элементов энергосистем, систем регулирования и защиты, устройств АОСЧ, а также устройств противоаварийной автоматики.

11. Результаты расчета электромеханических переходных процессов по этой программе при аварийной ситуации в Архангельско энергосистеме дают достаточно хорошее совпадение с реальным процессом в Архангельской энергосистеме.

12. Проведена серия экспериментов на математической модели Архангельской энергосистемы для изучения динамики снижения частоты. Результаты исследований на ЭВМ подтверждают, что для получения приемлемого качества переходного процесса изменения частоты следует рекомендовать следующие уставки устройств АОСЧ: верхний предел уставок по частоте АЧР1 и АЧР2 целесообразно выбирать /н/иах=49,1 Гц - для АЧР1, /нто*=49,4 Гц - для АЧР2; количество очередей для устройств разгрузки «ачр=Ю-15; основной объем разгрузки следует подключать к первым очередям; выдержка времени устройств разгрузки должна выбираться минимальной Af=0,l. Рекомендуется также замена устройств АЧР1 (с уставками ниже 47,5 Гц) на АЧР с зависимой выдержкой времени, а также применение АЧР с использованием фактора скорости снижения частоты.

1. Автоматика электроэнергетических систем: Учебное пособие для вузов / О. П. Алексеев, В. Е. Казанский, В. JI. Козис и др.; Под ред. В. JI. Козиса и Н. И. Овчаренко. М.: Энергоиздат, 1981. 480 с.

2. Автоматическое противоаварийное управление в электроэнергетических системах / В. И. Галанов, JI. А. Кощеев. СПб.: СПбГПУ, 2003.105 с.

3. Александров В. Ф., Езерский В. Г., Захаров О. Г., Малышев В. С. Цифровые устройства частотной разгрузки. М.: НТФ «Энергопресс», 2005. 80 с.

4. Али Джадуа Мохаммад А. Повышение технических показателей автоматической частотной разгрузки энергосистем: Автореф. дис. .канд. техн. наук. СПб., 2002. 19 с.

5. Анализ опыта эксплуатации автоматической частотной разгрузки в энергосистемах СССР // Электричество. 1978. № 7. С. 3 8.

6. Андерсон П., Фуад А. Управление энергосистемами и устойчивость: Пер. с англ. / Под ред. Я. Н. Лугинского. М.: Энергия, 1980. 568 с.

7. Барзам А. Б. Системная автоматика. М.: Энергоатомиздат, 1989. 446 с.

8. Беляев А. Н., Окороков Р. В., Першиков Г. А., Рындина И. Е., Смоловик С. В., Чудный В. С. Основы переходных процессов электроэнергетических систем: Конспект лекций. Часть II. СПб.: СПбГПУ, 2004.

9. Беляев А. Н., Окороков Р. В., Першиков Г. А., Селезнев Ю. Г., Смоловик С. В., Чудный В. С. Основы переходных процессов в электроэнергетических системах. Конспект лекций. Часть I. СПб.: СПбГПУ, 2006.112 с.

10. Беляев А. Н., Першиков Г. А., Рындина И. Е., Смоловик С. В. Переходные процессы в электроэнергетических системах. Конспект лекций. Часть III. СПб.: СПбГПУ, 2006. 134 с.

11. Беляев А. Н., Смоловик С. В. Программирование на примере электротехнических и электроэнергетических задач. СПб.: Издательство «НЕСТОР», 2006. 120 с.

12. Беляев А. Н., Смоловик С. В., Чудный В. С. Исследование статической и динамической устойчивости электроэнергетических систем: Лабораторный практикум. СПб.: СПбГПУ, 2006. 56 с.

13. Беркович М. А. и др. Автоматика энергосистем: Учебник для техникумов/ М. А. Беркович, В. А. Гладышев, В. А. Семенов. М.: Энергоатомиздат, 1991. 240 с.

14. Важное А. И. Переходные процессы в машинах переменного тока. М.: Энергия, 1980.256 с.

15. Веников В. А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах: Учебник для электроэнергетических специальностей вузов. М.: Высшая школа, 1985. 536 с.

16. Герих В. П., Логинов Н. П. О математической модели АЧР для исследования переходных процессов в электрической системе // Новое в российской электроэнергетике. 2002. № 7.

17. Горев А. А. Переходные процессы синхронной машины. Л.: Наука, 1985. 502 с.

18. Горюнов Ю. П., Смоловик С. В. Математические модели элементов электроэнергетических систем и исследование их динамических свойств. Системы координат. Уравнения синхронной машины: Учебное пособие. СПб.: СПбГТУ, 1992. 80 с.

19. Горюнов Ю. П., Смоловик С. В. Программирование для персональных ЭВМ (на примере электротехнических и электроэнергетических задач): Учеб. пособие. Л.: ЛГТУ, 1990. 88 с.

20. ГОСТ 13109-97. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения.

21. ГОСТ 24278-89. Установки турбинные паровые стационарные для привода электрических генераторов ТЭС.

22. Гуревич Ю. Е., Либова Л. Е., Окин А. А. Расчеты устойчивости и противоаварийной автоматики в энергосистемах. М.: Энергоатомиздат, 1990. 390 с.

23. Гуров Н. С., Харитончик В. Микропроцессорные устройства частотной автоматики // Электрические станции. 1999. № 7.

24. Евдокунин Г. А. Электрические системы и сети: Учебное пособие для студентов электроэнергетических специальностей вузов. СПб.: Издательство Сизова М. П., 2001.304 с.

25. Жданов П. С. Вопросы устойчивости электрических систем / Под ред. Л. А. Жукова. М.: Энергия, 1979.456 с.

26. Иванов В. А. Регулирование энергоблоков. Л.: Машиностроение, 1982. 308 с.

27. Калюжный А. X. Повышение эффективности работы автоматической частотной разгрузки // Электрические станции. 1995. № 2.

28. Кириллов И. И. Автоматическое регулирование паровых турбин и парогазовых установок. Л.: Машиностроение, 1988.

29. Кривенков В. В., Новелла В. Н. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения: Учебное пособие для вузов. М.: Энергоиздат, 1981. 328 с.

30. Кучеров Ю. Н., Окин А. А., Мартыненко М. М., Данильчук В. Н.

31. Современное состояние автоматической частотной разгрузки энергосистем и пути ее совершенствования // Электрические станции. 1996. №6.

32. Литкенс И. В., Логинов Н. П. Качественный анализ динамических процессов в электрических системах протяженной структуры // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. 1988. № 6. С. 17 27.

33. Лукашов Э. С., Калюжный А. X., Лизалек Н. Н. Длительные переходные процессы в энергетических системах. Новосибирск: Наука, 1985.

34. Малый А. С. Автоматическая дополнительная частотная разгрузка энергосистем по скорости снижения частоты // Электрические станции. 1975. № 10. С. 36-39.

35. Маркушевич Н. С. Автоматическая частотная разгрузка с зависимой выдержкой времени // Электрические станции. 1969. № 6.

36. Меркурьев А. Г. Аварийная частотная разгрузка энергетических систем: Автореф. дис. .канд. техн. наук. СПб., 1998. 19 с.

37. Меркурьев А. Г., Шаргин Ю. М. Структурная модель ОЭС для исследования процессов автоматического регулирования частоты и перетоков мощности: Учебное пособие. СПб.: СЗФ АО «ГВЦ Энергетики», 2002.

38. Методические указания по автоматической частотной разгрузке (АЧР) / Е. Д. Зейлидзон, С. А. Совалов, Р. С. Рабинович и др. М.: СЦНТИ ОРГРЭС, 1972.

39. Методические указания по устойчивости энергосистем, утвержденные приказом Минэнерго России 30.06.2003 № 277.

40. Овчаренко Н. И. Микропроцессорные комплексы релейной защиты и автоматики распределительных электрических сетей. М.: НТФ «Энергопресс», 1999. 64 с.

41. Окин А. А. Противоаварийная автоматика. М.: МЭИ, 1995.

42. Павлов Г. М. Автоматизация энергетических систем. JL: ЛГУ, 1977.

43. Павлов Г. М., Меркурьев А. Г., Спорышев С. В. Аварийная частотная разгрузка энергосистем. СПб.: СЗФ АО «ГВЦ Энергетики», 2003. 87 с.

44. Павлов Г. М., Меркурьев А. Г., Шаргин Ю. М. Автоматическая частотная разгрузка в энергетических системах // Электричество. 1999. № 1.

45. Павлов Г. М., Меркурьев Г. В. Автоматика энергосистем. СПб.: СЗФ АО «ГВЦ Энергетики», 2001.

46. Портной М. Г., Рабинович Р. С. Управление энергосистемами для обеспечения устойчивости. М.: Энергия, 1978. 352 с.

47. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации. СПб.: Издательство ДЕАН, 2003. 336 с.

48. Приказ РАО «ЕЭС России» № 524 от 18.09.02 «О повышении качества первичного регулирования частоты электрического тока в ЕЭС России».

49. Применение аналоговых вычислительных машин в энергетических системах. Методы исследования переходных процессов / Под ред. Н. И. Соколова. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: «Энергия», 1970.400 с.

50. Применение цифровых вычислительных машин в электроэнергетике: Учебное пособие для вузов / О. В. Щербачев, А. Н. Зейлингер, К. П. Кадомская и др. JL: Энергия, 1980. 240 с.

51. Рабинович Р. С. Автоматическая частотная разгрузка энергосистем / Под ред. Е. Д. Зейлидзона. М.: Энергия, 1980.

52. Рабинович Р. С. АЧР как средство ресинхронизации энергетических систем // Электричество. 1977. № 6.

53. Рабинович Р. С., Полонская М. А. Модели тепловых электростанций для расчета длительных переходных процессов в энергосистемах // Электричество. 1983. № 3. С. 11 19.

54. Реле защиты / В. С. Алексеев, Г. П. Варганов, Б. И. Панфилов, Р. 3. Розенблюм. М.: Энергия, 1976. 464 с.

55. Решение ОАО «СО-ЦДУ ЕЭС» по автоматической частотной разгрузке (АЧР) и по графикам ограничения и отключения потребителей от 30 марта 2006 г.

56. Сборник руководящих материалов Главтехуправления Минэнерго СССР. М.: ОРГГРЭС, 1992.

57. Совалов С. А., Семенов В. А. Противоаварийное управление в энергосистемах. М.: Энергоатомиздат, 1988.

58. Современное состояние автоматической частотной разгрузки и пути ее совершенствования // Электрические станции. 2001. № 12.

59. Стандарт ОАО «СО-ЦЦУ ЕЭС» технические правила организации в ЕЭС России автоматического ограничения снижения частоты при аварийном дефиците активной мощности (автоматическая частотная разгрузка), утвержденный приказом ОАО «СО-ЦЦУ ЕЭС» от0411.2004 №291.

60. Стандарт ОАО РАО «ЕЭС России» от 26.07.05 «Правила предотвращения развития и ликвидации нарушений нормального режима электрической части энергосистем».

61. Стернинсон JI. Д. Переходные процессы при регулировании частоты и мощности в энергосистемах. М.: Энергия, 1975.

62. Фариборз Моджаби Мохарар. Частотная разгрузка энергетических систем: Автореф. дис. .канд. техн. наук. СПб., 1996.13 с.

63. Хомяков М. Н. Реле частоты РЧ-1. М.: Энергоиздат, 1982. 64 с.

64. Шаргин Ю. М. Методическое и модельно-программное обеспечение расчетов установившихся режимов и электромеханических переходных процессов в электрических системах: Учебное пособие для дистанционного обучения. СПб.: СЗФ АО «ГВЦ Энергетики», 2004.

65. Экспериментальные исследования режимов энергосистем / JI. М. Горбунова, М. Г. Портной и др.; Под ред. С. А. Совалова. М.: Энергоатомиздат, 1985.

66. Электрические системы: Управление переходными режимами электроэнергетических систем / Под ред. В. А. Веникова. М.: Высшая школа, 1982.

67. Юрганов А. А., Кожевников В. А. Регулирование возбуждения синхронных генераторов. СПб.: Наука, 1996. 138 с.

68. Elmqvist Н. и др. Modelica™ A Unified Object-Oriented Language for Physical System Modeling: Tutorial and Rationale.

69. Elmqvist H., Bruck D., Otter M. Dymola, User Manual. Dynasim AB, Sweden, 2000.

70. Fritzson P., Engelson V., Gunnarsson J. An Integrated Modelica Environment for Modeling Documentation And Simulation // Proceedings of The 1998 Summer Computer Simulation Conference, July 19-22,1998, Reno, Nevada.

71. IEEE Recommended Practice for Excitation System Models for Power System Stability Studies // IEEE Std 421.5. 1992. 56 pp.

72. Mattsson S. E., Elmqvist H. Modelica an international effort to design the next generation modeling language. 7th IFAC Symp. on Computer Aided Control Systems Design, CACSD'97, Gent, Belgium, 28-30 April 1997.

73. Najafi M., Furic S., Nikoukhah R. SCICOS: a general purpose modeling and simulation environment // Proceedings of the 4th International Modelica Conference, Hamburg, March 7-8,2005, pp. 367-374.

74. Navarro I. R., Larsson M., Olsson G. Object-Oriented Modeling and Simulation of Power Systems using Modelica. Power Engineering Society Winter Meeting, 2000. Vol. 1. pp. 790 -795.

75. Pavlov G. M. Under Frequency Load Shedding in Power System. Proceedings, Curitiba, COPEL, CIGRE, Brasil, 1994.

76. Pavlov G. M. Under Frequency Load Shedding in Power System. Proceedings 9th International Power System Conference. St. Petersburg, 1995.

77. Pavlov G. M. Under Frequency Load Shedding in Power System. Textbook. St. Petersburg, 1997.