Способ предотвращения лавины напряжения в энергосистеме

СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ЛАВИНЫ НАПРЯЖЕНИЯ В ЭНЕРГОСИСТЕМЕ Использование: в противоаварийной автоматике энергосистемы для предотвращения каскадных аварий, связанных с лавинообразным снижением напряжения. Технический результат: ликвидируется дефицит реактивной мощности в энергорайоне, предотвращается лавинообразное понижение напряжения и тем самым обеспечивается устойчивость работы энергосистемы с минимальным объемом отключаемой нагрузки. Способ заключается в измерении напряжения,активной и реактивной мощности на шинах станции, контроле наличия аварийных сигналов от штатной автоматики генератора "ограничение перегрузки по току ротора" и при их наличии от всех генераторов, подключенных к шинам станции, осуществлениb отключения нагрузки контролируемого энергорайона с точным определением объема разгрузки, рассчитанного по формуле Невельский Валерий Львович, Тен Евгений Альбертович, Суслова Ольга Владимировна, Жуков Андрей Васильевич, Демчук Анатолий Тимофеевич (RU) Иващенко О.И. (RU),где А, В, С - расчетные коэффициенты, определяемые на основании измерения величин активной мощности, реактивной мощности и напряжения на шинах станции.(71)(73) Заявитель и патентовладелец: ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "СИСТЕМНЫЙ ОПЕРАТОР ЕДИНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ" (RU) Область техники Изобретение относится к области электротехники, в частности к средствам противоаварийной автоматики энергосистемы, и предназначено для предотвращения каскадных аварий, связанных с лавинообразным снижением напряжения. Уровень техники Наличие дефицитных энергорайонов и крупных транзитных перетоков в энергосистеме создают условия, при которых в случае аварийного возмущения резерва реактивной мощности и действия автоматических регуляторов возбуждения (АРВ) генераторов на электростанциях энергорайона оказывается недостаточно для покрытия дефицита реактивной мощности. При исчерпании резерва по реактивной мощности генераторы перегружаются по току ротора [1] и, как следствие, либо отключаются от сети,либо устройством АРВ снижается уставка по напряжению генератора. И тот и другой процесс связан с понижением напряжения в районе нагрузки, питающейся от электростанции, вследствие чего возможно возникновение процесса лавины напряжения. Аварийный процесс развития лавины напряжения может протекать очень быстро. Современные устройства противоаварийной автоматики не всегда позволяют вовремя предотвратить лавинообразный процесс, действуют с выдержкой времени определенной другими критериями. Известен способ отключения части нагрузки при аварии в энергосистеме, используемый в автоматике ограничения снижения напряжения (АОСН). Действие автоматики направлено на обеспечение необходимого запаса по напряжению в узлах нагрузки в послеаварийном режиме при аварийном отключении элементов сети [1]. Применение АОСН позволяет повысить надежность энергоснабжения оставшейся части потребителей и снизить аварийный ущерб. Использование АОСН основывается на предварительном расчете серии аварийных ситуаций в энергосистеме, в результате расчета определяется место и объем действий АОСН. В качестве режимного параметра используется напряжение в узлах нагрузки. В результате снижения напряжения ниже заданной уставки происходит отключение части нагрузки. Разбивка ступеней АОСН осуществляется исходя из суммарной мощности нагрузки и отключение ступеней происходит с разной выдержкой времени. Суммарная выдержка времени может при этом может оказаться достаточной для развития процесса лавины напряжения. Известен способ управления форсировкой возбуждения [2] для поддержания требуемого уровня напряжения. При снижении напряжения в районе нагрузки АРВ каждого генератора района, поддерживая заданный уровень напряжения, увеличивает ток ротора и выдачу реактивной мощности. При исчерпании резерва по реактивной мощности возможна перегрузка генераторов электростанций энергорайона по току ротора с действием штатной автоматики генератора, входящей в состав АРВ (ограничения перегрузки ОП), на снижение тока ротора генераторов, что может привести к дальнейшему снижению напряжения в узлах энергорайона. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ автоматической разгрузки при статической перегрузке электропередачи (АРСП), описанный в [3]. В указанном способе контроль загрузки электропередачи (станции) осуществляется по активной мощности. Автоматика фиксирует ситуации, когда активная мощность по контролируемому сечению достигает заданной уставки срабатывания и с выдержкой времени или без нее действует на разгрузку электропередачи. Причинами статической перегрузки электропередачи могут быть возникновение внезапного дефицита генерирующей мощности в приемной относительно данной электропередачи части энергосистемы, вызванного отключением генератора (энергоблока), частичным или полным сбросом электрической нагрузки электростанцией, отделением избыточного энергоузла; возникновение внезапного избытка генерирующей мощности в передающей относительно данной электропередачи части энергосистемы, вызванного отделением дефицитного энергоузла, сбросом потребителями электрической мощности вследствие близкого короткого замыкания или по технологическим причинам, отключением части нагрузки от АЧР; медленное (в темпе изменения режима в энергосистеме) нарастание перетока активной мощности и фазового угла по электропередаче из-за отсутствия резервов мощности на электростанциях в приемной части или отсутствия регулировочного диапазона в сторону разгрузки на электростанциях передающей части, а также вследствие ошибки диспетчерского персонала; отключение шунтирующей связи и, как следствие, наброс на контролируемую линию электропередачи и увеличение угла. Наиболее часто АРСП применяется для сохранения устойчивости при возмущениях первых двух видов. Максимальный объем разгрузки, осуществляемый автоматикой, в этом случае равен где Рнб - расчетное значение небаланса,Рм.д - максимально допустимое значение перетока активной мощности в контролируемом сечении,P8% -значение перетока в контролируемом сечении соответствующее 8%-ному запасу статической устойчивости,k. - частотный коэффициент, характеризующий долю мощности отключившегося генератора, на-1 018097 брасываемую на контролируемое сечение. Значение Рн принимается равным наибольшему аварийному дефициту мощности в приемной части(или избытку мощности в передающей части) при отключении наиболее мощного генератора или энергоблока, отделении избыточных (дефицитных) энергоузлов. Из анализа аварийных режимов следует, что причиной лавины напряжения является дефицит реактивной мощности в районе нагрузки. В этом случае алгоритм АРСП не может выявить начало аварийного процесса, который впоследствии может развиваться быстро и привести к лавине напряжения и нарушению устойчивости энергосистемы. Сущность изобретения Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности алгоритма АСРП с появлением возможности ликвидации аварийных режимов, способных повлечь за собой лавинообразное понижение напряжения и нарушение устойчивой работы энергосистемы. Указанная цель достигается тем, что отключение нагрузки контролируемого энергорайона осуществляется с точным определением объема разгрузки (отключения), необходимого для ликвидации перегрузки по току ротора. Для этого измеряют напряжение, активную и реактивную мощности на шинах станции, контролируют наличие аварийных сигналов от штатной автоматики генератора "ограничение перегрузки по току ротора" и при наличии данных аварийных сигналов от всех генераторов, подключенных к шинам станции, осуществляют отключение нагрузки. Необходимая величина разгрузки для ликвидации перегрузки по току ротора и ввода режима в допустимую область (P1) может быть определена следующим образом. Отсутствие перегрузки генератора по току ротора равнозначно условию,где Eq -действующие значение ЭДС одного генератора либо эквивалентная ЭДС генераторов станции,Eq доп - допустимое значение ЭДС по условию загрузки током ротора, определенное на основании нормативных показателей по оборудованию. Выражение Eq доп генератора можно представить в виде где Р, Q, U - величины активной, реактивной мощности и напряжения на шинах станции - соответствуют режиму генератора (станции) при аварийной перегрузке,P1 - величина разгрузки, при которой ток ротора генератора снижается до допустимого значения,что равнозначно условию Eq=Eq доп,k - соотношение между реактивной и активной составляющими мощности генератора (станции)(tg),xq - синхронное реактивное сопротивление генератора или эквивалентное сопротивление генераторов всей станции по поперечной оси, Ом. Выражение (1) целесообразно переписать в следующем виде где S - полная мощность генератора,Xqo.e. - синхронное реактивное сопротивление генератора или эквивалентное сопротивление генераторов всей станции по поперечной оси в относительных единицах. Из (2) следует квадратное уравнение относительно величиныP1 где Исходя из этого, величина необходимой разгрузки энергорайона для снятия с генератора перегрузки по току ротора определяется как Величина разгрузки определяется на основании параметров Р, Q, U на шинах станции, получаемых в ходе изменения режима. Своевременное отключение вычисляемого объема нагрузки по факту превышения током ротора допустимого значения позволит избежать отключения генераторного оборудования и каскадного развития лавины напряжения. Осуществление изобретения Для тестирования предложенного способа рассмотрены аварийные процессы с перегрузкой по току ротора генераторов Ямбургской ГТЭС операционной зоны Тюменского РДУ и генераторов ТЭЦ-7 операционной зоны Ленинградского РДУ. Проведенные расчеты показали, что при использовании предложенного способа в рассмотренных аварийных процессах ликвидируется дефицит реактивной мощности в энергорайоне, лавинообразное развитие аварийного процесса при этом не происходит. Расчетная величина разгрузки энергорайона, необходимая для ликвидации перегрузки генератора по току ротора и рассчитанная по измеряемым параметрам текущего режима, обеспечивает эффективную нормализацию режима и предотвращает возможность снижения напряжения генераторов с негативными последствиями для энергоснабжения энергорайона. Источники информации 1. Невельский В.Л., Тен Е.А. Требования к электропередаче, обеспечивающей связь нагрузочного узла с системой (предельная мощность удаленного узла нагрузки) - Известия НИИПТ 64, 2010. 2. Овчаренко Н.И. Автоматика электрических станций и электроэнергетических систем. Учебник для вузов /Под ред. А.Ф.Дъякова. - М.: НЦ ЭНАС, 2000.- 504 с. [с. 410-414]. 3. Гуревич Ю.Е., Либова Л.Е, Окин А.А. Расчеты устойчивости и противоаварийной автоматики в энергосистемах. - М.: Энергоатомиздат, 1990.-390 с. [с. 233]. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ предотвращения лавины напряжения в энергосистеме, заключающийся в том, что измеряют напряжение, активную и реактивную мощности на шинах станции, контролируют наличие аварийных сигналов от штатной автоматики генератора "ограничение перегрузки по току ротора" и при наличии данных аварийных сигналов от всех генераторов, подключенных к шинам станции, осуществляют отключение нагрузки контролируемого энергорайона с точным определением объема разгрузки, необходимого для ликвидации перегрузки по току ротора, который определяется как где- расчетные коэффициенты, вычисляемые на основании измерения величин активной Р, реактивной Q мощности и напряжения U на шинах станции в режиме при аварийной перегрузке,S - полная мощность генератораXqo.e. - синхронное реактивное сопротивление генератора или эквивалентное сопротивление генераторов всей станции по поперечной оси в относительных единицах,k - соотношение между реактивной и активной составляющими мощности генератора (станции)(tg),Eq доп - допустимое значение ЭДС по условию загрузки током ротора, определенное на основании нормативных показателей по оборудованию.