Глава 4. Управляющие воздействия противоава-

РИЙНОЙ АВТОМАТИКИ………………………...…………...94

4.1. Отключение генераторов.

4.2. Аварийное управление мощностью турбин

электростанций……………………………………………..97

4.3. Форсировка возбуждения синхронных машин………….101

4.4. Отключение нагрузки……………………………………..103

4.5. Форсировка конденсаторов, отключение и

включение реакторов……………………………………..105

4.6. Деление электроэнергетических систем………………...106

4.7. Включение резерва…………………………….................108

4.8. Электрическое торможение……………………………...109

4.9. Перспективные управляющие воздействия…………….110

Глава 5. Выбор управляющих воздействий……………….111

5.1. Методы оценки устойчивости электроэнергетиче-

ских систем………………………………………………..111

5.1.1. Статическая устойчивость……………………....112

5.1.2. Динамическая и результирующая устойчи-

вость………………………………………………...125

5.2. Виды систем управления…………………………………127

5.3. Общие вопросы выбора управляющих воздейст-

вий…………………………………………………………129

5.4. Способы определения управляющих воздействий……..132

5.5. Методы дозировки управляющих воздействий при

функционировании противоаварийной автомати-

ки…………………………………………………………..134

5.6. Алгоритмы настройки простых устройств

противоаварийной автоматики…………………………..136

5.6.1. Автоматика разгрузки при отключении

линий электропередач………………………………136

5.6.2. Автоматика разгрузки при отключении

генератора………………………………………….144

5.6.3. Автоматика разгрузки при статической

перегрузке электропередачи……………………….147

5.6.4. Автоматика разгрузки при близких или за-

тяжных КЗ………………………………………….149

5.6.5. Реализация разгрузки электропередачи (вы-

бор управляющих воздействий)……………………150

Глава 6. Система противоаврийного управления

НА БАЗЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ. 151

6.1. Особенности применения вычислительной

техники…………………………………………………….151

6.2. Способы применения ЭВМ в устройствах

автоматической дозировки управляющих воздей-

ствий………………………………………………………152

6.3. Алгоритмы централизованных систем

противоаварийной автоматики на базе ЭВМ…………..156

Заключение………………………………………………………………163

Библиографический список…………………………………...164

Введение

Основными составляющими проблемы «Противоаварийное управление в электроэнергетических системах» являются так называемые системные аварии, возникающие в крупных энергосистемах, и управление процессами, которые сопровождают эти аварии.

Поскольку основная причина развития системных аварий – это нарушение устойчивости параллельной работы энергетических систем, главным в противоаварийном управлении (ПАУ) является обеспечение устойчивости. По этой причине часто термин «ПАУ» заменяют термином «управление устойчивостью» или «управление переходными режимами».

Энергетическая система – это совокупность электрических станций (ЭС) и потребителей, связанных между собой электрическими сетями и объединённых централизованным технологическим управлением .

Электроэнергетическая система (ЭЭС) – это энергетическая система без котлов на ЭС.

Электрическая система – это электрическая часть энергетической системы (без котлов и турбин на ЭС).

Режим ЭЭС – это физическое состояние системы в любой момент времени. Режим характеризуется параметрами режима (рис. В.1).

Рис. В.1. Модель элемента ЭЭС

Всего параметров режима семь:

– напряжения во всех узлах системы;

– токи во всех элементах системы;

– полные мощности во всех элементах системы;

– активные мощности во всех элементах системы;

– реактивные мощности во всех элементах системы;

δ – углы между векторами напряжений в разных узлах или между векторами электродвижущих сил (ЭДС) разных генераторов (т.е. между осями роторов этих генераторов);

f – частота (это общесистемный параметр).

По значениям и изменению перечисленных параметров судят о режимах ЭЭС, и на этом базируется управление ЭЭС.

Режимы подразделяются на установившиеся и переходные.

Установившиеся режимы (УР) – это нормальные (доаварийные) и послеаварийные режимы (ПАР).

УР – это как бы мгновенный срез состояния системы. В нём параметры режима неизменны. Реальный процесс в ЭЭС, когда при изменении мощностей потребителей изменяются режимы во времени, – это есть последовательность множества УР.

Нормальные изменения режима во времени рассматриваются как последовательность УР.

В переходных режимах параметры изменяются существенно и быстро.

Переходные режимы возникают в результате изменения условий работы, вызванных какими-либо причинами. Эти причины называются возмущающими воздействиями (ВВ). Ими могут быть: короткие замыкания, плановые или непредвиденные отключения элементов из-за их повреждения или ошибочных действий защиты, автоматики, персонала.

Возмущающие воздействия приводят к появлению начальных отклонений параметров режима – возмущений режима (В).

В переходных режимах система переходит из одного установившегося состояния в другое.

Переходный режим состоит из ряда переходных процессов: электромагнитных и волновых, механических и электромеханических, тепловых, гидромеханических.

Указанные переходные процессы различаются, прежде всего, по скоростям протекания (рис. В.2).

Переходные режимы, как и установившиеся, могут быть нормальными и аварийными.

Аварийным называется режим, при котором отдельные параметры режима достигают опасных значений с точки зрения дальнейшего развития аварии и повреждения оборудования.

Рис. В.2. Переходные процессы в ЭЭС

Одним из главных условий надёжной работы ЭЭС является её устойчивость, т.е. способность ЭЭС восстанавливать исходный или близкий к исходному установившийся режим после его нарушения и после соответствующего переходного режима. Иными словами, устойчивость – это способность ЭЭС сохранять синхронную работу.

Различают следующие три вида устойчивости.

Статическая устойчивость (СУ) – это способность ЭЭС сохранять синхронную работу после малого возмущения режима. Динамическая устойчивость (ДУ) это способность ЭЭС сохранять синхронную работу после большого возмущения режима. В тех случаях, как правило, когда возникает небаланс активных мощностей на валу хотя бы одного из генераторов.

Результирующая устойчивость (РУ) – это способность ЭЭС восстанавливать синхронную работу после кратковременного её нарушения (после кратковременного допустимого по условиям эксплуатации асинхронного режима).

По другой классификации последние два вида устойчивости объединяют термином «динамическая устойчивость», разделяя на подвиды: синхронная динамическая устойчивость и результирующая динамическая устойчивость.

Обеспечить и повысить устойчивость ЭЭС можно путём воздействия на переходные режимы за счёт так называемых управляющих воздействий (УВ), исходящих от устройств автоматики: релейной защиты, автоматического повторного включения (АПВ) и противоаварийной автоматики (ПАА) или персонала.

Системы релейной защиты и АПВ обеспечивают простейшие УВ: отключение повреждённых элементов системы, различные виды повторных включений. Однако в современных сложных ЭЭС лишь эти простейшие УВ часто не обеспечивают устойчивость, поэтому приходится использовать более сложные УВ, обеспечиваемые системой ПАА, такие, как отключение генераторов, отключение нагрузки и другие, которые будут рассмотрены далее.

Характер протекания переходных режимов непосредственно влияет на условия работы ЭЭС, определяя надёжность её работы, устойчивость и живучесть. При отсутствии надлежащего управления или неправильном управлении переходными режимами в ЭЭС развивается системная авария, являющаяся самой тяжёлой, поскольку приводит к нарушению электроснабжения большого числа потребителей, погашению электростанций.

Поэтому задача управления переходными режимами с целью придания им желательного характера является одной из важнейших при проектировании и эксплуатации ЭЭС.

Ущерб от экономических и социальных потрясений, вызванных подобными авариями, огромен.

При решении проблемы управления решаются два вида задач:

а) задачи анализа, когда определяется характер протекания процессов, т.е. зависимости параметров режима от времени, y = f(t), и далее по виду этих зависимостей находится необходимое управление;

б) задачи более высокого уровня – задачи синтеза, когда непосредственно находятся такие способы и средства воздействия, которые придают переходному режиму желательный характер.

В общем случае конечной целью ПАУ является сведение до минимума ущерба, связанного с аварией за счёт обеспечения требуемого уровня надёжности электроснабжения и живучести ЭЭС. Надёжность – свойство ЭЭС сохранять работоспособность и обеспечивать энергоснабжение.

Живучесть – способность противостоять цепочечному развитию аварий.

Практические цели ПАУ – предотвращение возникновения аварий в ЭЭС; прекращение аварий и их каскадного развития. Для достижения этих целей созданы и постоянно совершенствуются системы противоаварийного управления: а) система противоаварийного оперативного управления (ПАОУ); б) система противоаварийного автоматического управления (ПААУ).

Поскольку основная причина развития системных аварий – это нарушение устойчивости параллельной работы ЭЭС, главным в ПАОУ и ПААУ является обеспечение устойчивости.

Основными элементами ПААУ являются релейная защита совместно с АПВ и противоаварийная автоматика (ПАА).

ПАА представляет собой совокупность сложных автоматических устройств, охватывающих ЭЭС, и предназначена для предотвращения, локализации и ликвидации системных аварий, то есть для сохранения устойчивости и прекращения каскадного развития аварий.

Создание и эксплуатация систем ПААУ требует решения широкого круга вопросов, которые подразделяются на следующие группы:

– расчёты и анализ электромеханических переходных процессов и установившихся режимов;

– разработка принципов управления;

– определение возможностей, методов и средств управления;

– выбор видов ПАА;

– организация систем управления;

– определение наиболее эффективных управляющих воздействий (их вида, мест приложения и оптимальной дозировки), а также уставок срабатывания или законов управления;

- разработка схем и конструкций автоматики.