автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Развитие электропередачи север-юг Казахстана и её моделирование при расчетах режимов работы

^ДК 621.316 На правах рукописи

РГ6 од

2 2 1-л

Асамбаев Валихан Серикович

?

РАЗВИТИЕ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ СЕВЕР-ЮГ КАЗАХСТАНА И ЕЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРИ РАСЧЕТАХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы,

включая их управление и регулирование. 05.14.02 - Электрические станции (электрическая часть), сети, электроэнергетические системы и управление ими.

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Республика Казахстан Алматы 2000

Работа выполнена в Казахском научно-исследовательском институте энергетики им. академика Щ.Ч. Чокина.

. Научный консультант -

член-корреспондент АН PK доктор технических наук, профессор Алияров Б.К.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Утегулов Б.Б.;

кандидат технических наук, доцент Удьярова P.A.

Ведущая организация - Евразийский университет имени Л.Гумилева.

Защита состоится « О/. .» 2000 г. в

часов в аудитории_ на заседании диссертационного

совета ДО 14.02.01. з Алматинском институте энергетики и связи, 480013, г.Алматы, ул.Байтурсынова,126.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Алматинского института энергетики и связи

Автореферат разослан «_ JV » /О/сГ^РЛ 2000 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, ,, ^ _/■■

к.т.н. Qj^'^uU.-y Г.Д. Манапова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Республике Казахстан необходимо иметь электропередачи повышенной пропускной способности. Это связано с тем, что основные запасы энергетического угля и крупные электрические станции сосредоточены на севере республики, а значительные производительные силы размещены на юге страны.

Электрическая связь север - юг Казахстана может иметь большое значение для всех центральноазиатских республик, КНР и других приграничных государств, так как посредством ее можно было бы осуществить прямой выход к дешевым энергетическим ресурсам севера Казахстана и Сибири.

Последнее подтверждается обсуждением указанной проблемы на международной конференции "Энергетика. Рынок. Интеграция", проходившей в г.Алматы в 1998 г., публикациями известного ученого-энергетика, лауреата Государственной премии СССР, академика АН Узбекистана Х.Ф.Фазылова о необходимости уже сегодня проведения научных исследований электропередач Сибирь - север Казахстана -Средняя Азия для будущего транспорта дешевой электроэнергии в энергодефицитные южные регионы, а также целесообразностью сжигания экибастузского угля на месте из-за высокой его зольности.

Следовательно, электропередачу север - юг Казахстана необходимо рассматривать, как стратегически важный объект национального и межгосударственного значения постоянно развивающийся как во времени, так и в пространстве.

В соответствии с планом развития энергетики СССР рассматривалось сооружение электропередачи 1150 кВ, связывающей север и юг Казахстана. В настоящее время сооружение такой дорогостоящей электропередачи приведет к замораживанию капитала, так как передача мощностей порядка (4000 -4- 5000) МВт в обозримом будущем по данной линии не будет производиться. Поэтому необходимо рассмотреть возможность увеличения пропускной способности существующих линий поэтапно, без сооружения линии электропередачи (ЛЭП) 1150 кВ.

Целью настоящей работы является разработка концепции развития электропередачи север - юг Казахстана во временном аспекте в зависимости от роста передаваемой мощности.

Для достижения этой цели было необходимо решить следующие задачи:

По специальности 05.14.02

1) Провести сравнительный анализ всех известных на сегодняшний день способов передачи электрической энергии применительно к рассматриваемой электропередаче, выбрать среди них альтернативные и сделать более детальный их анализ.

2) Разработать поэтапное развитие электропередачи, не приводящее к замораживанию капитальных вложений и предусмотреть на последнем этапе работу электропередачи в автоматическом режиме.

По специальности 05.09.03

3) Разработать принцип представления на единой методологической основе автоматических регуляторов всех элементов электропередачи при проведении расчетов переходных режимов.

Методы исследования - включают в себя теоретический анализ и экспериментальные исследовательские расчеты на ЭВМ.

В работе использованы: теории формирования электроэнергетических систем, режимов дальних электропередач, переходных процессов в сложных регулируемых ЭЭС, систем управления и регулирования работой электротехнических комплексов и автоматического регулирования.

Научная новизна. По специальности 05.14.02

- предложена концепция развития электропередачи север - юг Казахстана в сечении Топар - ЮК ГРЭС. Эта концепция предусматривает установку устройств продольной компенсации (УПК) в середине линии.

По специальности 05.09.03

- получены аналитические выражения, определяющие реакцию динамических звеньев, используемых при создании автоматических регуляторов в электроэнергетике, на входные сигналы, наиболее близко отображающие изменения параметров режимов в переходных процессах в электроэнергетических системах (ЭЭС);

- проведена объективная оценка погрешностей, вносимых при расчетах реакции динамических звеньев автоматических регуляторов элементов ЭЭС на входные сигналы при использовании ступенчатой, линейной и квадратичной аппроксимаций. На основе этой оценки показано, .что оптимальной является линейная аппроксимация;

- получены соотношения, позволяющие производить преобразования последовательных соединений динамических звеньев автоматических регуляторов в параллельное, что существенно повышает точность расчетов переходных процессов в ЭЭС.

Практическая ценность работы. Результаты диссертационной работы могут быть использованы научно-исследовательскими, проектными и эксплуатационными организациями, занимающимися проблемами передачи электрической энергии из северных регионов Казахстана в южные. Предложенная методика учета автоматических регуляторов элементов ЭЭС позволяет расширить возможности существующих программ расчета переходных процессов сложных управляемых ЭЭС.

Положения, выносимые на защиту. К защите представляются, упомянутые в двух предыдущих разделах: По специальности 05.14.02

- обоснование развития электрической связи север - юг Казахстана, основанное на применении линий электропередач переменного тока 500 кВ с сооружением в середине передани переключательного пункта с устройствами продольной и поперечной компенсации.

По специальности 05.09.03

- обоснование применения линейной аппроксимации при учете динамических звеньев автоматических регуляторов в расчетах переходных процессов ЭЭС, что позволяет многообразие автоматических регуляторов элементов ЭЭС рассматривать на единой методологической основе и снизить жесткость системы дифференциальных уравнений;

- аналитические выражения, позволяющие преобразовать последовательное соединение типовых динамических звеньев в эквивалентное параллельное соединение, что позволяет избежать аккумулирование суммарной погрешности при линейной аппроксимации.

Реализация результатов работы. Разработанная концепция и результаты работы переданы в ЗАО «Институт «Энергия» и используются при разработке проектирования основной системообразующей электрической сети Республики Казахстан. Предложенная методика учета автоматических регуляторов использована при разработке научно-исследовательского программного комплекса на кафедре «Электроэнергетические системы и сети» Московского энергетического института (МЭИ).

Апробация работы. Отдельные результаты работы докладывались и обсуждались на кафедре «Электроэнергетические системы» МЭИ (г.Москва, 1994 г.); Международном симпозиуме Power Tech. Int. Symposium (г.Стокгольм, 1995г.); Первой международной научно-теоретической и практической конференции «Проблемы и перспективы автоматизации производства и управления» «Автоматизация - 97» (г.Ташкент, 1997г.); Международном конгрессе энергетиков «Энергетика. Рынок. Интеграция.» (г.Алматы, 1998 г.). Диссертация в полном объеме докладывалась на научном семинаре в КазНИИэнергетики им. академика Щ.ЧЛокина (г.Алматы, 1999 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано семь печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, изложенных на 132 страницах машинописного текста. Содержит 44 рисунка, 13 таблиц, четыре приложения, список использованных источников из 94 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первом разделе приведен обзор известных способов передачи больших объемов электрической энергии на большие расстояния. Путем сопоставления их преимуществ и недостатков, глубины исследований рассмотренных способов передачи электрической энергии, технической осуществимости их в настоящее время, применимости к условиям, сложившимся в электроэнергетической отрасли Казахстана, определены и приняты к рассмотрению следующие альтернативные варианты реализации передачи электрической энергии в меридианаль-ном направлении от богатых энергетическими ресурсами Павлодар-Экибастузского региона на юг Казахстана: передача электроэнергии переменным током линиями электропередач 500 кВ (три параллельных линии); передача постоянным током ± 400 кВ; по двум линиям электропередачи переменного тока 500 кВ с применением устройства продольной компенсации (УПК).

Было проведено технико-экономическое сопоставление варианта перевода электропередачи на участке длиной 545 км между подстанциями Топар и ЮК ГРЭС на постоянный ток ± 400 кВ (предложение фирмы ABB) с сооружением третьей линии переменного тока 500 кВ. Отметим, что оба варианта позволяют достичь примерно одинаковой передаваемой мощности порядка 2700 МВт. Результаты сопоставления показали экономическую нецелесообразность применения постоянного тока - этот вариант оказался на 30 % дороже, чем сооружение третьей линии.

Далее в работе показано, что установка устройства продольной емкостной компенсации на данном участке, которое компенсирует 45% индуктивного сопротивления двух параллельных ЛЭП, позволяет достичь такой же передаваемой мощности, что я сооружение третьей линии. Сопоставление стоимости сооружения третьей линии со стоимостью установки устройства продольной компенсации показывает экономическую целесообразность применения УПК вместо сооружения третьей линии.

Итак, проведенные исследования позволяют констатировать следующее: передачу электрической энергии из района Павлодар-Экибастуз на юг Казахстана целесообразно осуществлять на переменном токе линиями 500 кВ с применением устройств продольной компенсации, причем сооружение дополнительных ЛЭП, УПК, увеличение степени компенсации индуктивного сопротивления электропередачи должно осуществляться по мере роста электрической нагрузки на юге, экспорта электроэнергии в сопредельные государства и генерируемой мощности в Экибастузском регионе. Дополнительными преимуществами такого развития электропередачи север - юг Казахстана являются те, что в этом случае уменьшается площадь земли, отчуждаемая под электропередачу и самое главное - не происходит замора-

живапия капитальных вложений, что особенно важно в условиях дефицита финансовых средств в государстве.

Во втором разделе рассматриваются вопросы определения места размещения УПК и оптимальных степеней компенсации индуктивного сопротивления рассматриваемой электропередачи во временном разрезе в зависимости от прогнозируемого увеличения передаваемой мощности.

При решении указанных вопросов были учтены реальное состояние электропередачи на сегодняшний день, ближайшие перспективы и сложившаяся конъюнктура на рынке электроэнергии, когда страна, имея избыток генерирующих мощностей и дешевой электроэнергии, вынуждена на юге покупать электроэнергию в соседних государствах.

В работе для случая размещения УПК в середине линии были проведены серии расчетов при различных значениях передаваемой мощности: 350 МВт, 700 МВт и 1050 МВт и перепаде напряжения по концам этой линии с коэффициентами К и — 1 и Ки = 0,98 и изменениями степени компенсации реактивного сопротивления линии от 0 до 50% с шагом 10%. Эти расчеты показали, что при малых степенях компенсации К < 40% с ростом передаваемой мощности напряжение на выводах УПК сначала увеличивается, а затем по достижении некоторой величины мощности снижается, что хорошо согласуется с известными ранее результатами. По результатам расчетов была построена зависимость передаваемой мощности от степени компенсации (рисунок 1) при ограничении напряжения на выводах УПК (Упрдоп. = 525 кВ).

Каждая из кривых делит пространство режимов на две области. Слева от кривых лежат области, в которых напряжение на выводах УТПС меньше максимально допустимого, а справа - больше. Таким образом, полученные зависимости по сути являются границами областей режимов работы УПК с напряжениями меньше максимально допустимых. Отметим, что сверху области ограничиваются линией, соответствующей максимально допустимым значениям мощности по условиям устойчивости.

По кривым Р — { (К), построенным для разных значений перепада напряжений по концам линии, задаваясь значениями перепада напряжений и значением максимально допустимой по условиям устойчивости мощности, можно найти максимальное значение степени компенсации линии, при котором напряжение на выводах УПК не превышает длительно допустимых значений в диапазоне передаваемых мощностей от нуля до заданного значения.

При степенях компенсации 0 < К < 30%, в режиме максимальных нагрузок, напряжение на линии значительно меньше максимально допустимых значений и линия может работать с Кц < 1.

Увеличивая перепад напряжения по концам линии, в принципе можно увеличить степень компенсации и предельно передаваемую мощность. Однако, если принять, что регулирование напряжения

Зависимости максимально допустимых передаваемых мощностей по условиям ограничения напряжения на выводах УПК от степени компенсации при размещении УПК в середине

линии

Ось абсцисс - степень компенсации К (%), ось ординат -передаваемая мощность Р (МВт). Обозначения кривых: 1 - при К и = 1; 2 - при К и - 0,98; 3 - ограничения по условиям устойчивости; 4 - изменение экстремума при увеличении 1/дои.

осуществляется путем включения реакторов и напряжение на шинах подстанции ЮК ГРЭС не может быть ниже 475 кВ, увеличить перепад напряжений практически не представляется возможным.

Итак, когда между подстанциями Топар и ЮК ГРЭС были включены две некомпенсированные линии 500 кВ, предел передаваемой мощности по электропередаче составил 2164 МВт, а когда на BJI Топар - ЮК ГРЭС включена УПК, компенсирующая 30% индуктивного сопротивления линии - 2337 МВт.

В электроэнергетической практике нашло также применение расположения УПК на 1/3 и 2/3 длины линии электропередачи. Такое размещение позволяет снизить уровень напряжения в середине линии, не изменяя его по концам, что в свою очередь дает возможность увеличения степени компенсации.

Проведенные расчеты режимов показали, что такое размещение У1Ж на ВЛ Топар - ЮК ГРЭС нецелесообразно, так как увеличение предела передаваемой мощности получается незначительным (на 83 МВт выше, чем в случае размещения УПК в середине линии) в то же время размещение УПК в двух, значительно удаленных друг от друга точках (180 км ) усложняет и удорожает их эксплуатацию.

При дальнейшем увеличении нагрузки на юге республики повышение пропускной способности можно достичь путем установки реакторов в середине линии, где размещено УПК, то есть, созданием переключательного пунктз. Были рассмотрены варианты, когда на переключательном пункте со стороны приемного конца устанавливаются реакторы с суммарной мощностью 180 Мвар и 270 Мвар. Расчеты проводились для степеней компенсации индуктивного сопротивления линии, равных 50%, 62,5% и 80% и перепадов напряжения 0,98; 1,0 и 1,02.

На рисунке 2 приведены границы области допустимых режимов работы компенсированной линии с напряжениями на выводах УПК, не превышающими максимально допустимых значений. Верхняя граница определяется напряжением УПК со стороны приемного конца линии, а нижняя напряжениями на выводах УПК со стороны передающего конца линии. Из рисунка видно, что при больших степенях компенсации, когда линия работает в режиме холостого хода и малых нагрузок, напряжение на выводах УПК со стороны передающего конца линии превышает максимально допустимые значения напряжения при любых значениях перепада напряжений. Поэтому в режимах холостого хода и малых нагрузок необходимо включать реакторы на выводах УПК со стороны передающего конца линии.

Предельная передаваемая мощность по условиям обеспечения допустимых напряжений при установке неуправляемых реакторов мощностью 180 Мвар и степени компенсации индуктивного сопротивления линий 50% достигает 2502 МВт.

Зависимости максимально допустимых передаваемых мощностей по

условиям ограничения напряжения на выводах УПК от степени компенсации, когда УПК установлено на переключательном пункте в середине линии и на выводах УПК со стороны приемного конца включены реакторы

Ось абцисс - коэффициент компенсации К (%), ось ординат -передаваемая мощность Р (МВт). Сплошные линии - ограничения по напряжению на УПК со стороны приемного конца, штриховые линии -ограничения по наряжениям на УПК со стороны передающего конца.

Обозначения зависимостей: 1 - при Ки = 1,02; 2 - при Ки = 1;

3 - при Ки = 0,98.

Расчетами установлено, что предел передаваемой мощности при наличии трех линий 500 кВ между подстанциями Топар и ЮК ГРЭС составляет 2340 МВт. Отсюда следует, что сооружение переключательного пункта в середине двух линий, связывающих подстанции Топар и ЮК ГРЭС, при степени компенсации индуктивного сопротивления линий 50% обеспечивает предел передаваемой мощности на 162 МВт больше, чем в случае сооружения третьей линии 500 кВ.

На основе проведенных исследований предложена следующая концепция развития электропередачи север - юг Казахстана, не приводящая к замораживанию финансовых вложений:

- на начальном этапе сооружается УПК в середине линии Топар -ЮК ГРЭС, обеспечивающая степень компенсации индуктивного сопротивления линии 30%;

- на втором этапе строится'вторая линия 500 кВ переменного тока;

- на третьем этапе увеличивается степень компенсации индуктивного сопротивления и устанавливаются реакторы в месте сооружения УПК;

- на четвертом этапе на переключательном пункте устанавливаются поперечно и продольно управляемые (регулируемые) элементы электропередачи.

Интенсивному развитию электрической связи север - юг Казахстана может способствовать также такой фактор, как переход в крупных городах на использование электричества при приготовлении пищи, вместо дефицитного на юге природного газа, что повлечет увеличение передаваемой по ней мощности.

Отсюда следует, что для электропередачи уже на начальном этапе проектирования нужно допускать возможность увеличения числа линий, изменение степени, компенсации индуктивного сопротивления линии, появления управляемых реакторов на переключательном пункте, сверхпроводящих накопителей электрической энергии, асинхрони-зированных синхронных машин - преобразователей частоты, статических компенсаторов реактивной мощности и т.п. Перечисленное оборудование, равно как и генераторы станций на передающем и приемном концах оснащаются автоматическими регуляторами, имеющими различную структуру, реализующими различные законы управления, которые своими действиями будут оказывать существенное влияние на режим электропередачи. Поэтому возникает задача представления указанных автоматических регуляторов на единой методологической основе при анализе режимов работы электропередачи. Отметим, что необходимость иметь такую методику уже сейчас диктуется тем, что анализ нормальных и переходных режимов электропередачи должен вестись не только на стадии эксплуатации, проектирования, но и на начальном научно-исследовательском этапе, так как необходимость

установки того или иного элемента электропередачи должна подтверждаться и обосновываться расчетами этих режимов.

В третьем разделе рассматривается применение интеграла свертки в качестве единой методологической основы для моделирования автоматических регуляторов, вышеуказанных элементов электропередач.

Известно, применение интеграла свертки в расчетах переходных процессов делится на три основных направления:

- использование экспериментальных частотных характеристик для моделирования элементов ЭЭС;

- использование метода макромоделирования для получения синтетических схем замещения;

- использование типовых звеньев с их известными передаточными функциями для моделирования автоматических регуляторов.

В работе рассматривается и развивается третий путь, а именно использование интеграла Дюамеля (свертки) для моделирования универсальных автоматических регуляторов, когда они представлены с помощью типовых динамических звеньев и сигнал на выходе получается в виде суммы сигналов.

Методика представления регуляторов с помощью интеграла Дюамеля состоит в следующем: сигнал на выходе регулятора формируется как сумма входных сигналов линейных блоков. Количество и состав могут быть различными у различных регуляторов. Однако, любой вид системы управления можно построить на основе четырех типов линейных динамических звеньев: апериодического, колебательного, дифференцирующего и колебательно-дифференцирующего. Запрограммировав эти блоки и варьируя параметрами регулирования на их входах, можно получить любую из известных схем регулятора.

В данном разделе приведены выражения, определяющие реакцию типовых динамических звеньев (апериодического, колебательного, дифференцирующего и колебательно-дифференцирующего) на сигнал произвольной формы при ступенчатой, линейной и квадратичной аппроксимациях.

Стремление к более точному представлению реакции линейного объекта на входной сигнал приводит к определенному увеличению расчетного времени. Следовательно, необходимо оценить погрешность, вносимую в расчеты переходных процессов различными видами аппроксимаций входных сигналов. Эти вопросы рассмотрены в четвертом разделе. Для оценки погрешностей, вносимых в расчеты реакции типовых динамических звеньев различными видами аппроксимаций, были получены аналитические выражения. Эти аналитические выражения определяют реакции вышеуказанных типовых динамических звеньев на входной сигнал:

г

Y(() = Х(0) h(t)+ { X'(z) h (t- г) dv~ Y¡ + Y2, (1)

o

где

h (t- r)~ переходная функция динамического звена; Х(т) ~ функция входного сигнала.

Выводы были сделаны для четырех динамических звеньев с их переходными функциями:

- апериодическое звено h(t) - К (1 - exp(-t/T));

- дифференцирующее звено h(t)~ — exp(-t/T);

- колебательно-дифференцирующее звено h(t)=A0 expía t)sin(cot);

- колебательное звено h (t) = А0 ехр(а t) sin (со t + ср) + В,

где

Т- постоянная времени звена; А0 и К- коэффициенты; а - частота. Входные сигналы были представлены следующими функциями:

Х(1)=ехр(-{/Тф);

X(t) = l-exp(-t/T¿;

X (t) = sin(í2í + цг);

X(t)= A exp(-t / Тф) sin(Q t),

где

Тф - постоянная времени функции; Q- частота.

Эти функции были выбраны с учетом того, чтобы их вид был достаточно близок к виду изменения параметров режима во времени, которые определяются при расчетах переходных процессов в электроэнергетических системах.

При постоянном шаге дискретизации были проведены расчетные исследования для определения влияния параметров типовых динамических звеньев на погрешность. На основе анализа результатов расчета установлено:

- величина коэффициента усиления не влияет на относительные погрешности, а также для постоянного отношения шага дискретизации

к постоянной времени звена (At/T) ~ const величина погрешности постоянна и не зависит от значений At и Г;

- ступенчатая аппроксимация приводит к значительным погрешностям даже при неизменном шаге дискретизации по времени (At ~ = const), а особенно значительна погрешность для переменного шага;

- линейная аппроксимация позволяет получить реакцию звена с высокой степенью точности для любого вида звена;

- квадратичная аппроксимация дает высокую точность представления реакции динамического объекта не только для постоянного, но и для переменного шага дискретизации, однако требует громоздких вычислений.

Таким образом, линейная аппроксимация будет являться оптимальной в соотношении между объемом вычислений и точностью.

Расчет реакции соединенных последовательно элементов с помощью линейной аппроксимации приводит к аккумулированию погрешности. Отсюда следует целесообразность преобразования последовательного соединения звеньев в эквивалентное параллельное соединение, и чтобы таким образом избежать дополнительной ошибки.

Результатом такого преобразования последовательного соединения двух апериодических звеньев будет параллельное соединение двух апериодических звеньев, коэффициенты которых определяются из соотношения:

гг. _ К\КгТ\ . __ К\КгТг

К, — -, Л.-> — - -.

1 Т\-Тг Т\-Тг

В случае последовательного соединения апериодического и дифференцирующего звеньев результатом преобразования будет параллельное соединение апериодических звеньев, у которых:

(2)

1 Тг~Т\ '

Последовательное соединение двух дифференцирующих звеньев преобразуется в параллельное соединение двух дифференцирующих звеньев, коэффициенты которого также определяются по соотношению (2). Реакции полученных параллельных соединений звеньев могут быть рассчитаны с помощью одной подпрограммы. Для апериодического и дифференцирующего звеньев реакция может быть представлена как

Уп " Уп-l t + fn ,

где

( = ехр(-Л(/Т),

для апериодического звена {„ = К(Хп-Хп./ \)~КТ(Хп-Хп.])(1 - {) /А ?, для дифференцирующего звена {п~К(1~\) (Хп-Хп.1 )/А1. Для двух различных звеньев, соединенных параллельно, имеем У'п= У»-! {' + {',,

у"п = У "п., {" + ( "„

и сигнал на выходе у„ - у '„ -г у"п может быть представлен в следующем виде

У* = «'+{" )Уп-1 - {'( Г + Г, - Г {'п-1 - Г ("„-/ ■

Независимо от типа звеньев (апериодическое или дифференцирующее), соединенных параллельно, их реакции на входной сигнал могут быть рассчитаны по основной формуле

уп=[ ехр (- Л И ТУ + ехр (- Аг/Тг) ] уп- ехр (- АI/Т,) ехр (-Аг/ Т2) х Х-Уп-2+и, (3)

где

|„ зависит от комбинации соединения звеньев. Для апериодического и дифференцирующего звеньев (А - Д) или двух дифференцирующих (Д - Д) звеньев, соединенных последовательно и преобразованных в эквивалентное параллельное соединение

и = к[(Хп-Хп„,) а - (Х„_1 -Х^ /3], (4)

где

к = к;к2/[(Т2-Т,) А( ], и для А - Д случая

а=Т2(1- ехр (-А г/Т2))~ Т, (1 - ехр (-А г/ Т,)) ,

¡3^-Т2 (1- ехр(-А I /Т2)) ехр(-А г/Т,)- Г, (1-ехр (-А í / Т,)) ехр(-А ИТ2),

для Д - Д случая

« = /?= ехр(-А1/Тз) - ехр(-Л1/Т,).

Таким образом, когда динамическая часть регулятора может быть отделена как линейная подсистема, реакция на входные сигналы может быть рассчитана с этой же точностью, как в случае одного линейного динамического звена.

В другом случае, когда регулятор представлен в виде линейных динамических подсистем, связанных последовательно через нелинейности, расчет их реакций на входные сигналы с применением интеграла свертки будет состоять из последовательного применения аппроксимаций, что увеличивает погрешность. Для того чтобы сделать оценку этой дополнительной погрешности, можно сравнить реакции двух динамических звеньев, соединенных последовательно, когда эти реакции рассчитаны как напрямую, так и с эквивалентным преобразованием в параллельное соединение. Первый случай приводит к следующим результатам для А - Д и Д - Д звеньев, соединенных последовательно: основные формулы имеют тот же вид, как и (3) и (4), но коэффициенты к, а и /3 будут иметь другие значения: Для А - Д случая

к = к! к]/At,

а= (1~ехр(-Л1/Т2))~(1 - — (1~ехр(-Л£/Т!))),

ДГ

(1-ехр(-Л1/Т2)) [ехр(-ЛХ/Т,) - — (1 -ехр (-А1/Т;))],

М

для Д - Д случая к = к; к2/А12,

а = р = (1 - ехр(-А ИТ,))(1- ехр (-АI / Т2)) .

Можно показать, что при интегрировании с шагом Л1 -» 0 оба численных расчета реакции на входные сигналы двух звеньев, соединенных последовательно, с преобразованием или без преобразования в эквивалентное параллельное соединение звеньев, дает один и тот же результат, но для определенного шага интегрирования результаты будут различны.

Для оценки суммарной погрешности, образующейся при расчете реакции динамических звеньев, соединенных последовательно, были сделаны сравнительные расчеты для двух комбинаций А - Д и Д - Д

звеньев, соединенных последовательно. Постоянные времени этих звеньев соответствуют каналам АРВ сильного действия:

а) в случае А - Д (канал напряжения) Т} - Т0у = 0,05 е.; Г? = Г<* = = 0,02 с;

б) в случае Д- Д (канал частоты) Г/ = Г~ 1,0 е.; Т> ~ Г<у = 0,02 с.

К] ~ 1 и ^ = 1 были приняты в обоих случаях. Расчеты реакций

этих звеньев на входной сигнал вида X = 1 ~ ехр (-г / 0,05) проводились с использованием и без использования преобразования в параллельно связанные звенья. Результаты этих расчетов приведены на рисунке 3. Погрешность в этих расчетах учитывалась как абсолютная величина разности между точной и приблизительной (полученной в результате аппроксимации) реакциями последовательно соединенных динамических звеньев с и без эквивалентного преобразования в параллельное соединение.

Отметим, что даже при интегрировании с большим шагом (/!/ = = 0,1 с) преобразование неэквивалентное параллельное соединение звеньев значительно уменьшает абсолютную погрешность в расчетах до приемлемых величин. Точность расчетов зависит от структуры регулятора и от величин постоянных времени динамических звеньев. При шаге интегрирования Л1 = (0,02 -'г 0,05) с этот метод обеспечивает еще более высокую точность.

Алгоритмы для расчетов переходных процессов в ЭЭС можно построить таким образом, что реакции автоматических регуляторов рассчитываются вне основной численной процедуры интегрирования, что одновременно уменьшает порядок и жесткость решаемых уравнений.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

По специальности 05.09.03

1) Получены выражения для расчета реакции типовых динамических звеньев автоматических регуляторов элементов ЭЭС на входной сигнал произвольной формы при ступенчатой, линейной и квадратичной аппроксимациях для произвольного шага дискретизации.

2) Получены аналитические выражения для определения реакции типовых линейных динамических звеньев при представлении входного сигнала в виде экспоненциальной, синусоидальной функций и их комбинаций, что соответствует характеру изменения параметров режима в переходном процессе, используемых в качестве параметров регулирования в автоматических регуляторах элементов ЭЭС, позволившие оценить погрешности, возникающие при ступенчатой, линейной и квадратичной аппроксимациях.

3) Установлено, что линейная аппроксимация позволяет получить реакцию типового звена с достаточной степенью точности при расчетах переходных процессов в ЭЭС и в то же время не требует организации сложных вычислительной процедур.

Реакция последовательног о соединения апериодического и дифференцирующего звеньев на входной сигнал вида X — 1 - ехр(-1 / 0,05), рассчитанная аналитическим способом и с помощью линейной аппроксимации с и без эквивалентного преобразования в параллельное соединение звеньев

Ось абсцисс - реакция соединения звеньев, ось ординат - время (с). Обозначения зависимостей: 1 -реакция соединения звеньев, рассчитанная аналитическим способом; 2 - 'при помощи линейной аппроксимации; 3 - при помощи линейной аппроксимации с преобразованием в эквивалентное

параллельное соединение звеньев.

Рисунок 3.

4) Получены соотношения, позволяющие производить преобразования последовательных соединений типовых динамических звеньев автоматических регуляторов элементов электропередачи в параллельное, что позволяет избежать аккумулирования погрешности и тем самым существенно повышает точность расчетов переходных процессов в ЭЭС.

По специальности 05.14.02

5) На основе анализа альтернативных вариантов осуществления передачи электрической энергии с севера на юг Казахстана обоснована целесообразность ее формирования на основе линий 500 кВ переменного тока с установкой устройств продольной компенсации в сечении Топар - ЮК ГРЭС.

6) Предложена концепция развития электропередачи север - юг Казахстана, не приводящая к замораживанию инвестиций и предусматривающая по мере роста передаваемой мощности:

- сооружение УПК в середине линии Топар - ЮК ГРЭС;

- строительство второй линии 500 кВ переменного тока;

- увеличение мощности УПК, создание переключательного пункта в месте установки УПК, установка реакторов на переключательном пункте;

- установку на переключательном пункте продольно и поперечно включаемых управляемых (регулируемых) элементов электропередачи.

Основные результаты, полученные в диссертационной работе, изложены в следующих публикациях:

1. Stroev V.A., Sbarov Yu.V., Asambaev V.S. Representation of control devices in the calculation of transients in power systems // Proceedings of Power Tech. Int. Simposium, Stockholm, 1995,- Vol. Power Systems.- P. 392-397.

2. P.P. Карымов, B.C. Асамбаев. К вопросу применения устройства продольной компенсации на электропередаче 500 кВ в Казахстане/ -Алматы, 1997,- 18 е.: 4 ил.- Библиогр.: 8 назв.- Рус.- (Деп. В Казгос-ИНТИ 05.03.97, № 7489 - Ка97).

3. B.C. Асамбаев, P.P. Карымов. Анализ установившихся и предельных режимов работы линии Топар - Южно-Казахстанская ГРЭС при различных схемах включения устройств продольной компенсации/ - Алматы, 1997,- 28 е.: 13 ил.- Библиогр.: 2 назв.- Рус.- (Деп. В Казгос-ИНТИ 05.03.97, № 7490 - Ка97).

4. P.P. Карымов, B.C. Асамбаев. Развитие системы электропередачи Северный Казахстан - Средняя Азия // Проблемы информатики и энергетики. / Изд. АН Республики Узбекистан,- Ташкент, 1997.- № 2.-С.35-38.

5. Б.А. Абдуллаев, B.C. Асамбаев. Зависимость передаваемой мощности от перенапряжений на электропередаче 500 кВ при наличии устройства продольной компенсации /У Сб. трудов Первой междуна-

родной научно-теоретической и практ. Конференции «Проблемы и перспективы автоматизации производства и управления».- Ташкент, 1997,- Ч.1.- С.185-188.

6. С.Н. Асамбаев, P.P. Карымов, B.C. Асамбаев. Применение устройств продольной компенсации для развития электрической сети Север - Юг Казахстана// Сб. докладов международного конгресса энергетиков «Энергетика. Рынок. Интеграция».- Алматы, 1998 - С.67-78.

7. С.Н. Асамбаев, P.P. Карымов, B.C. Асамбаев. Управление электроэнергетической системой Казахстана // Транзитная экономика.-Алматы, 1999,- № 1.- С. 18-26.

RESUME

In thesis's on the base of analysis of alternative variants realize of electrical energy transmission from the north to the south of Kazakhstan has betrayed-wife a concept of its development, not bringing about freezing the investments and stipulating on the measure of growing of sending power consecutively: building of series capacity compensation in the medium of line Topar - YuK GRES, construction of second line 500 kV of alternating current, creation in the medium of switching station line with reactors, then installation longitudinal and transverse included operated elements electricity transmission.

Given motivation of using a linear approximation at the account of dynamic elements of automatic regulators of elements electricity transformation in calculations, allowing transform series connected elements into equivalent parallel connected ones thus avoiding the additional error under linear approximations.

ТУЙ1НДЕМЕ

Диссертацияда Кдзакстаннъщ солтустшнен оцтустшне электр энергаясын беруд! жузеге асырудыц балама нуск;аларын талдау непзшде инвестшщяларды токтатуга экелш сокдайтьш жопе оны дамьпуда бершетш куаттардын, осуше орай дэйектшкпен Топар — ОК, ГРЭСМ жешсшщ ортасында бойлык отспш курылгысьш салуды, 500 кВ ауыспалы токтьщ еюнцц жел!"сш салуды, жс.'п ортасында реакторлы к;айта коскыш бекетш куруды, одан сод электр бсршсшщ бойлык; жоне колденец к,осылатын баскдрылгыш элементгерш орнатуды кездсйтш тужырымдамасы усынылган.

ЭЭЖ-нщ ауыспалы удер1сщцеп есептерде электр бершш элементтершщ автоматты реттепштер1 серппщ буьщцарыньщ есеб1 кез1нде сызык,тык, аппроксимацияны колданудын иепздсмса бершген. Буындардьщ т!збектх косылуын баламалы косарлыга айналдыруга мумкзндпс беретш талдаулык нэтижелер алынды. Ол сызыктык, аппроксимация кезпзде косынды кател1ктердан, шогырлануын болдырмауга мумкпщш: бсред!.

Подписано в печать 23.10.2000 г. Усл.печ.л. 1,5. Тираж 100 экз. Ротапринт Алматинского института энергетики и связи 480013, г.Алматы, ул.Байтурсынова, 126