Дослідження методів по удосконаленню систем управління об'єднаними енергосистемами

Розглянуто можливості використання нових принципів управління режимами ОЕС України за фазовими кутами напруги, в головних вузлах енергосистеми. Обґрунтовано доцільність застосування запропонованого методу управління за нормальних і аварійних режимів роботи ОЕС. Доведено можливість створення більш шв...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2007
Автор:	Ленчевський, Є.А.
Формат:	Стаття
Мова:	Ukrainian
Опубліковано:	Інститут загальної енергетики НАН України 2007
Теми:	Системні дослідження та комплексні проблеми энергетики
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/3077
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Дослідження методів з удосконалення систем управління об'єднаними енергосистемами / Є.А. Ленчевський // Пробл. заг. енергетики. — 2007. — № 15. — С. 56-61. — Бібліогр.: 8 назв. — укp.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-3077
record_format	dspace
spelling	Ленчевський, Є.А. 2009-06-22T15:33:03Z 2009-06-22T15:33:03Z 2007 Дослідження методів з удосконалення систем управління об'єднаними енергосистемами / Є.А. Ленчевський // Пробл. заг. енергетики. — 2007. — № 15. — С. 56-61. — Бібліогр.: 8 назв. — укp. 1562-8965 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/3077 621. 311. 661. 51 Розглянуто можливості використання нових принципів управління режимами ОЕС України за фазовими кутами напруги, в головних вузлах енергосистеми. Обґрунтовано доцільність застосування запропонованого методу управління за нормальних і аварійних режимів роботи ОЕС. Доведено можливість створення більш швидких, і тому досконаліших, систем автоматичного управління. Оцінено нові перспективи розвитку загальносистемного управління в ОЕС України. uk Інститут загальної енергетики НАН України Системні дослідження та комплексні проблеми энергетики Дослідження методів по удосконаленню систем управління об'єднаними енергосистемами Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Дослідження методів по удосконаленню систем управління об'єднаними енергосистемами
spellingShingle	Дослідження методів по удосконаленню систем управління об'єднаними енергосистемами Ленчевський, Є.А. Системні дослідження та комплексні проблеми энергетики
title_short	Дослідження методів по удосконаленню систем управління об'єднаними енергосистемами
title_full	Дослідження методів по удосконаленню систем управління об'єднаними енергосистемами
title_fullStr	Дослідження методів по удосконаленню систем управління об'єднаними енергосистемами
title_full_unstemmed	Дослідження методів по удосконаленню систем управління об'єднаними енергосистемами
title_sort	дослідження методів по удосконаленню систем управління об'єднаними енергосистемами
author	Ленчевський, Є.А.
author_facet	Ленчевський, Є.А.
topic	Системні дослідження та комплексні проблеми энергетики
topic_facet	Системні дослідження та комплексні проблеми энергетики
publishDate	2007
language	Ukrainian
publisher	Інститут загальної енергетики НАН України
format	Article
description	Розглянуто можливості використання нових принципів управління режимами ОЕС України за фазовими кутами напруги, в головних вузлах енергосистеми. Обґрунтовано доцільність застосування запропонованого методу управління за нормальних і аварійних режимів роботи ОЕС. Доведено можливість створення більш швидких, і тому досконаліших, систем автоматичного управління. Оцінено нові перспективи розвитку загальносистемного управління в ОЕС України.
issn	1562-8965
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/3077
citation_txt	Дослідження методів з удосконалення систем управління об'єднаними енергосистемами / Є.А. Ленчевський // Пробл. заг. енергетики. — 2007. — № 15. — С. 56-61. — Бібліогр.: 8 назв. — укp.
work_keys_str_mv	AT lenčevsʹkiiêa doslídžennâmetodívpoudoskonalennûsistemupravlínnâobêdnanimienergosistemami
first_indexed	2025-11-26T04:10:22Z
last_indexed	2025-11-26T04:10:22Z
_version_	1850608662096117760
fulltext	56 ПРОБЛЕМИ ЗАГАЛЬНОЇ ЕНЕРГЕТИКИ • №15/2007 СИСТЕМНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ТА КОМПЛЕКСНІ ПРОБЛЕМИ ЕНЕРГЕТИКИ Важкі наслідки системних аварій, що мали місце за останні десятиріччя в багатьох великих енергосистемах світу, висувають як одну з най- важливіших науково-дослідницьких проблем енергетики розробку методів розрахунку й аналі- зу перехідних і стаціонарних режимів у енергети- ці. Це відіграє одну з основних ролей в розробці автоматизованих систем диспетчерського управ- ління (АСДУ) при визначенні надійності та стій- кості роботи енергосистем і енергетичних об'єд- нань. Для вирішення цього питання необхідно створити складний комплекс взаємопов'язаних програм, що дозволять здійснити всебічне дос- лідження стійкості та надійності енергетичних об'єднань. Створення цих комплексів потребує розробки і вдосконалення математичних моделей і методів розрахунку режимів роботи енергосис- теми. Нові або вдосконалені методи розрахунку повинні мати більш високу швидкість і надій- ність отримання рішень, що надасть можливість своєчасно виявляти місце виникнення величини і небалансу потужностей та, відповідно, опера- тивно реагувати. Характерним для поточного режиму роботи енергосистеми (EC) є виникнення загальносис- темних чи локальних дефіцитів потужності, спричинених відключеннями генераторів, коли- ваннями навантаження або зниженням перепус- кної здатності окремих ділянок енергосистеми, через раптове відключення лінії або інших еле- ментів EC. Ця проблема відома у літературі як за- дача мінімізації та розподілу дефіцитів потуж- ності і вирішується методами оперативного уп- равління, тобто управління в темпі процесу, або майже в темпі процесу, зважаючи на розрахунки встановленого режиму енергосистеми. Ще в 70-ті роки в СРСР і за кордоном було проведено статистичні дослідження систем уп- равління режимами енергосистем, у програмах яких, зазвичай, використовувались однакові ме- тоди розрахунку, зокрема [1-3]: Зейделя, з матри- цею Z, Ньютона з "розподілом", Ньютона для точних рівнянь. Однією із суттєвих вимог до ал- горитму розрахунку та оптимізації процесів ро- боти енергосистеми є задача введення встановле- ного режиму в допустиму зону. Для її вирішення на першому етапі найкращим вважається метод з "розподілом" рівнянь, що пов'язують активні по- тужності та фази напруги: (Р – δ), а також реак- тивні потужності та модулі наруг: (Q – U). У зв'язку з цим застосовують спрощену матрицю Якобі. Для встановленого режиму складної енер- госистеми Якобіан система записується таким чином: де φ' і φ'' – відносно матеріальна та уявна складо- ві рівнянь встановленого режиму, що записується як баланси активних і реактивних потужностей. Елементи матриці Якобі системи рівнянь (1) являють собою прохідну функцію φ' і φ'' за фазо- вими кутами напруги δі,k та їх модулями Ui,k, При цьому для базового вузла і = 0 та Uбаз. = const. З урахуванням прийнятих умов матеріальна та уявна складові рівнянь встановленого режиму у формі балансу потужностей записуються як функції модулів напруги Ui,k та фазових кутів δi,k: де Yii і Yik – елементи матриці реактивної складо- вої вузлових провідностей; Рi і Qi – складові ак- тивного і реактивного навантаження і-го вузла, що визначаються згідно з рівняннями: де Рпі і Qni – активна і реактивна складові наван- таження у вузлі; Рrі і Qri – активна і реактивна складові генеруючих потужностей у вузлі; Qpi – потужність шунтуючих реакторів у і-тому вузлі; УДК. 621. 311. 661. 51 Є.А. ЛЕНЧЕВСЬКИЙ, кандидат технічних наук ( Інститут загальної енергетики НАН України, Київ). ДОСЛІДЖЕННЯ МЕТОДІВ З УДОСКОНАЛЕННЯ СИСТЕМ УПРАВЛІННЯ ОБ'ЄДНАНИМИ ЕНЕРГОСИСТЕМАМИ Розглянуто можливості щодо принципів управління режимами ОЕС за фазовими кутами напруги в головних вузлах енергосистеми. Показано доцільність застосування запропонованого методу за нормальних і аварійних режимів роботи ОЕС. Обґрунтовано можливість створення більш швидких, і тому досконаліших, систем автоматичного управління. Надано оцінку новим перспективам розвитку загальносистемного управління в ОЕС України. (1) (2) Qsi – загальна зарядна потужність ПЛ, що приєд- нані до вузла; п – кількість вузлів у розрахунках. Наведені вирази є основою для більшості програм оптимізації параметрів роботи енерго- систем. Розрахунки встановленого режиму на підставі зазначених методів виконуються для визначення допустимих та оптимальних режи- мів, а також для перевірки статичної стійкості. Однак з метою більш детального розгляду процесів ведення розрахунків, що мають місце в зазначених методах, звернімося до більш спроще- ного варіанта їх проведення, розглянутого в [4]. Відомо, що характер розвитку тих чи інших пере- хідних процесів суттєво залежить від параметрів установленого режиму. До переліку зазначених параметрів належать: е.р.с. генераторних станцій, визначені за величиною та фазою, активні потуж- ності цих станцій, а також величини їх струму і напруги, параметрів системи збудження, що реа- гує на зміну перелічених величин. Результатом розрахунку встановленого режиму має бути виз- начення параметрів режиму не всієї системи, а лише її елементів, що входять до гілок генератор- них станцій. У цьому випадку є можливість усі параметри мереж, що не входять до генераторних станцій, а також величини навантажень і їх розта- шування в енергосистемі охарактеризувати ком- плексними коефіцієнтами, що являють собою власні провідності між цими гілками. Наванта- ження енергосистеми при цьому в схемі заміщен- ня задається незмінними величинами. Однією із задач, пов'язаних з розрахунками нормальних режимів роботи складної системи, є саме визначення величини і фази е.р.с. генератор- них станцій за заданих величин напруги на їх ши- нах та відомих величин потужностей станцій, ок- рім балансуючої. Невідомим у цьому випадку є значення величин кута δ векторів напруги на ши- нах станції. Вирішення цієї задачі за прийнятих умов потребує розв'язання системи трансценден- тних рівнянь, за умови, що для балансуючої стан- ції величина кута δ1 = 0: або Рішення наведеної системи рівнянь (1) мето- дом Ньютона [4] потребує такої послідовності розрахунків. Спершу визначається нульове приблизне зна- чення корнів рівняння (3), незмінними в яких є фа- зові кути напруг на шинах генераторних станцій, для чого вирішується система лінійних рівнянь: Перше наближення до корнів знаходиться шляхом внесення поправок: при цьому дані поправки визначаються системою лінійних рівнянь: ПРОБЛЕМИ ЗАГАЛЬНОЇ ЕНЕРГЕТИКИ • №15/2007 57 СИСТЕМНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ТА КОМПЛЕКСНІ ПРОБЛЕМИ ЕНЕРГЕТИКИ (3) (4) (5) (6) Наступні наближення знаходяться аналогіч- но. Знайдені після р-го наближення кути δU2, δU3, ... δUn і прийняте значення кута δU1 = 0 дозволяє однозначно визначити активну потужність ба- лансуючої генераторної станції 1: і реактивні потужності всіх n-станцій запропоно- ваної до розгляду системи: Визначення синхронних е.р.с, підключених згідно зі схемою заміщення за поздовжнім реак- тивним опором у турбогенераторів і за попереч- ним – в явно полюсних машин, а також перехід- них е.р.с. Е', реалізується згідно з формулою: а внутрішні кути генераторних станцій, що харак- теризують зсув вектора відповідної е.р.с. віднос- но вектора напруги на шинах станції, визнача- ються таким чином: Фазові кути е.р.с. усіх генераторних станцій визначаються згідно з рівняннями: Величини поздовжніх складових перехідних е.р.с. мають значення: Відомо, що всі методи рішення нелінійних рівнянь встановленого режиму є приблизними. Точних методів вирішення нелінійних алгебра- їчних рівнянь не існує [2]. Тому якщо дві трети- ни розрахунків, що стосуються саме визначення величин фазових кутів δU1, ... δUN напруги, у го- ловних вузлах енергосистеми замінити на дані телевимірювання, це надасть можливість суттє- во спростити розрахунки і підвищить їх досто- вірність. У цьому випадку на дані телевимірю- вання величин фазових кутів δU1, ... δUN можна замінити рівняння з (3) по (6), тобто ті рівнян- ня, де і має місце невизначеність розрахунків. На жаль, за допомогою існуючих систем телеме- ханіки визначити миттєві значення величин ку- та δUN в головних вузах енергосистеми поки що неможливо. Ця обставина призвела до того, що для поточного режиму роботи енергосистем сві- домо встановлюються занижені значення поро- гу за статичною стійкістю ліній: δcт.стійк. 35-40 ел. град. Це, своєї черги, призводить до знижен- ня їх перепускної спроможності приблизно в 1,2-1,6 разу. Те саме можна сказати і про недос- татньо використані можливості при передачі по- тужностей за паралельними чи суміжними ліні- ями, а також щодо питань оптимального заван- таження станцій тощо. Сучасні технології сприяють новим можли- востям побудови систем централізованого управ- ління. Так, згідно з останніми публікаціями за до- помогою космічних технологій [5] та новітніх розробок Інституту загальної енергетики НАН України [6, 7] стало цілком можливим запропо- нувати для здійснення та реалізації в ОЕС Укра- їни спосіб централізованого визначення миттє- вих значень величин фазових кутів δUN у голов- них вузлах енергосистеми (рис. 1). З іншого боку, одночасне централізоване от- римання даних про величини фазових кутів у го- ловних вузлах енергосистеми відкриває нові можливості щодо вирішення інших задач загаль- носистемного характеру, тобто задач автоматич- ного управління. Саме тому розглянемо питання режимних принципів роботи систем протиава- рїйного управління. Згідно з [8] в силу закону кінетичної енергії та принципу відносності руху лінійний харак- тер зміни частоти в енергосистемі, де відповід- но змінилось навантаження, є еквівалентним миттєвому збільшенню потужності на валу аг- регату, що умовно заміщує генеруючу енерго- систему, МВт: де τj – постійна механічної інерції відправної сис- теми (сек.), віднесена до сумісної номінальної по- тужності її агрегатів, МВт; f– частота (відн. од.); t – час (сек.). При цьому максимально допустима швид- кість зниження частоти, перевищення якої приз- 58 ПРОБЛЕМИ ЗАГАЛЬНОЇ ЕНЕРГЕТИКИ • №15/2007 СИСТЕМНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ТА КОМПЛЕКСНІ ПРОБЛЕМИ ЕНЕРГЕТИКИ (12) (11) (10) (9) (13) (8) (7) ПРОБЛЕМИ ЗАГАЛЬНОЇ ЕНЕРГЕТИКИ • №15/2007 59 водить до порушення динамічної стійкості, ста- новить: де η – гранично допустима величина збільшення потужності, що споживається; ка – коефіцієнт за- пасу стійкості; τj npuв = τj(Pном/PТ) = τj(1/кзагр); кзагр – коефіцієнт завантаження. За існуючих значень ка = 0,2 та τj прив = 15с гра- нично допустима швидкість зниження частоти становитиме 0,0099 ум. од., або 0,5 Гц/с. Розглядаючи питання аналізу раптових змін навантаження, що не стосуються порушень дина- мічної стійкості, але також призводять до відхи- лень частоти, значення швидкості її зміни запи- шемо відповідно до (15): Величину відхилення частоти ∆f як функцію часу визначимо таким чином: де α = (Pном/∆PT)/τj. Згідно з [8] за малої тривалості КЗ відносний рух в аварійному режимі слід вважати рівноприс- кореним і ввести в розрахунок середнє значення прискореної потужності ∆Рср= mРТ, за час ∆tК кут генератора збільшиться на ∆δК, рад: Звідси відносна швидкість зміни кута, рад/с : Співставлення між собою рівнянь (15) і (17) надає можливість визначити різницю між віднос- ною швидкістю зміни частоти і кута за перші се- кунди після порушення режиму: Величину відхилення кута ∆S як функцію ча- су визначимо таким чином: Згідно з UCTE для кожної зони регулювання при квазістаціонарному зниженні частоти на 150 мГц за 5 секунд від початку порушення має бути активізована половина первинного резерву, тобто повинні вступити в дію первинні регулято- ри частоти. Аналогічно до цього, за більших по- рушень, тобто при зниженні частоти вже до 48,8- 48,6 Гц, за 5-10 секунд повинна бути задіяна пер- ша черга системи частотного зозвантаження (АЧР) [14]. З огляду на це виникає інтерес більш детально розглянути процеси зниження частоти ∆f та відпо- відної до цього зміни величин кута ∆δ, саме за пер- ші 5 секунд, з моменту раптової зміни навантажен- ня, або навіть порушення стійкості режиму. На рис. 2 наведено розрахункові характеристики (1- 4), де використано типові для практики значення величин: ка = 0,2 та τj прив = 15с, за різних співвідно- шень, між величинами: ∆РТ/РТ = 1,4; 0,7; 0,5; 0,2. Згідно з (15) гранично допустима швидкість зниження частоти, в цьому випадку, становитиме: 0,0099 ум. од., тобто 0,5 Гц/с. Тому умовна пряма – 1 (рис. 2) характеризує зону порушення дина- мічної стійкості. Згідно з (14) гранично допустима швидкість зниження частоти, у цьому випадку, становитиме: СИСТЕМНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ТА КОМПЛЕКСНІ ПРОБЛЕМИ ЕНЕРГЕТИКИ (14) (15) (16) (17) (18) (20) (19) Рис. 1. Умовна структура системи телевимірювання миттєвих значень кута δ1-N векторів напруги у головних вузлах енергосистеми, для задач централізованого (загальносистемного) управління 0,099 ум. од., тобто 0,5 Гц/с. Тому умовна пряма – 1 (рис. 1) характеризує зону порушення динаміч- ної стійкості. Порушення режиму щодо значень статичної стійкості, яке також супроводжуються знижен- ням частоти та зміною величин кута ∆δ, відобра- жено характеристиками – 2. Однак на практиці значно частіше мають місце порушення, пов'язані з меншими величинами що- до зниження частоти, котрі стосуються раптових змін навантаження поточного режиму. Саме цим процесам і відповідають характеристики – 3 і 4. Зауважимо, що характеристики, наведені на рис. 1, зміщено на 0,5 сек. для умовного врахуван- ня початкової інерції енергосистеми щодо рапто- вих змін її навантаження. Аналізуючи наведені характеристики, зверні- мо увагу на те, що на відміну від монотонного процесу зниження частоти ∆f, що має тривалість від 10 до 15 сек., інший процес, пов'язаний зі змі- ною величин кута ∆δ, згідно з характеристиками – 2; 3 і 4, має більшу тенденцію до зростання і вже за перші (1,5-2,0) секунди забезпечується можли- вість визначити подальший розвиток подій. Таким чином, якщо запропонувати створити систему телевимірювання миттєвих значень век- торів напруги в головних вузлах енергосистеми, стане цілком можливим саме завдяки контролю зміни величин кута ∆δ y цих вузлах, вже за перші (1,5-2,0) сек., з моменту збудження режиму визна- чити місце порушення і його величину, а також, що не менш важливо, показати, чи має це порушення місцевий або загальносистемний характер. Тобто на відміну від існуючих систем управління, де включення первинних регуляторів або дія автома- тики АЧР, визначаються лише у процесі зниження частоти, що триває понад 5 секунд, у даному ви- падку є можливість ще на початку процесу отри- мати інформацію про подальший його перебіг. Це надасть можливість більш адекватно реагувати на порушення режиму і підвищити ефективність са- мого процесу регулювання, тобто створити доско- наліші системи протиаварійного управління та уп- равління процесами регулювання частоти. Висновки 1. Дослідження, проведені Інститутом загаль- ної енергетики НАН України [6, 7], а також су- часні космічні технології GPS зв'язку [5] дають можливість запропонувати новий підхід для створення більш досконалих засобів централізо- ваного управління. 2. Можливість своєчасного отримання належ- ної інформації про зміну величин фазових кутів напруги в головних вузлах енергосистеми дозво- ляє оперативніше за існуючі методи визначити місце та характер порушення, а також більш швидко виявляти раптові зміни навантаження в енергосистемі, чим забезпечити ефективнішу дію відповідних систем автоматики. 3. Поєднання задіяних у системі автоматизо- ваного управління розрахункових методів із да- ними щодо визначення величин фазових кутів у головних вузлах енергосистеми дозволить підви- 60 ПРОБЛЕМИ ЗАГАЛЬНОЇ ЕНЕРГЕТИКИ • №15/2007 СИСТЕМНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ТА КОМПЛЕКСНІ ПРОБЛЕМИ ЕНЕРГЕТИКИ Рис. 2. Розрахункові характеристики щодо порівняння процесів зниження частоти ∆f в енергосистемі та відповідної до цього зміни величин кута ∆δ, у часі щити достовірність існуючих методів управлін- ня, надасть можливість контролювати поточний режим магістральних ліній за їх кутовими харак- теристиками, що створить усі необхідні умови для збільшення перепускної спроможності ліній у 1,2-1,6 разу. 4. За попередніми розрахунками реаліза- ція запропонованої системи централізованого управління надасть можливість вирішити акту- альні для ОЕС України проблеми щодо забез- печення процесів регулювання частоти та обмі- ну потужностей між енергосистемами на євро- пейському рівні, що своєї черги сприятиме син- хронізованому об'єднанню ОЕС України з UC- TE, за суттєво менших витрат, ніж в існуючих проектах. ПРОБЛЕМИ ЗАГАЛЬНОЇ ЕНЕРГЕТИКИ • №15/2007 61 СИСТЕМНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ТА КОМПЛЕКСНІ ПРОБЛЕМИ ЕНЕРГЕТИКИ 1. Непомнящий В.А. Экономические проблемы повышения надежности электроснабжения. – Ташкент.: "ФАН" Узб. ССР, 1985. – 192 с. 2. Идельчик В.И. Расчеты установившихся режимов электрических систем. – М.: "Энергия", 1977. – 183 с. 3. Stott В. Review of load from calculation methods. – "Proc. IEEE", July 1974, vol. 62, № 7, p. 64-81. 4. Анисимова Н.Д. u дp. Методика расчетов устойчивости автоматизированных электрических систем. – М.: "Высшая школа", 1966. – 242 с. 5. Technical referente manual Phasor measurement terminal RES 521*1.0 ABB Automation SE-721 59 Vіsteras, 2002. Sweden. 6. Ленчевський Є.А., Туваржієв В.К. Новий підхід до вирішення задач управління режимами магістральних мереж об'єднаних енергетичних систем. //Проблеми загальної енергетики. – 2001. – №4. – С. 35-38. 7. Ленчевський Є.А., Туваржієв В.К. Спосіб телевиміру кута фазового зсуву напруги і можливості його використання у системній автоматиці.// Праці Інституту електродинаміки. – 2002 – №3. – С. 124-127. 8. Совалов С.А., Семенов В.А. Противоаварийное управление в энергосистемах. – М.: "Энергоатомиздат", 1988. – 416 с.

Дослідження методів по удосконаленню систем управління об'єднаними енергосистемами

Репозитарії

Схожі ресурси