Введение к работе
Характерными чертами развития энергетики России на современном этапе является рост числа потребителей, технологические процессы которых весьма чувствительны к качеству напряжения. В первую очередь это разнообразные потребители, управление технологическими процессами которых осуществляется ЭВМ. Предприятия нефтехимии, характеризуются широким использованием мощных синхронных и асинхронных двигателей, не допускающих перерывов питания по условиям обеспечения безопасности персонала. На предприятиях электронной и ряда других отраслей промышленности кратковременные снижения напряжения приводят к массовому браку. Необходимо отметить, что при возникновении аварийных дефицитов мощности в объединенных электроэнергетических системах (ЭЭС) снижение частоты в первый момент возникновения аварии существенно влияет на распределение дефицита мощности по районам ЭЭС, что должно учитываться при определении величины резерва.
Резервы, необходимые для обеспечения надежности электроснабжения потребителей в кратковременных аварийных режимах, одновременно влияют на уровень надежности узлов электрической сети в длительных аварийных режимах, а также на формирование сети в целом. Перечисленные обстоятельства приводят к необходимости решения проблемы обеспечения надежности электроснабжения потребителей в кратковременных и длительных аварийных режимах, рассматривая ее как одну из основных задач анализа и синтеза электрической сети.
Решение вышеуказанной проблемы потребовало разработки математических моделей анализа и синтеза электрической сети, обеспечивающих оптимальный уровень надежности электроснабжения потребителей в длительных аварийных режимах. Также необходи-
мо бьшо разработать математические модели и методы расчета показателей надежности в кратковременных аварийных режимах, сопровождающихся понижением частоты или напряжения, а 'гакже новых технических средств, позволяющих повысить уровень надежности электрической сети в кратковременных аварийных режимах. Одновременно потребовались разработка моделей и методов согласования резервов электрической сета, необходимых для обеспечения надежного электроснабжения потребителей в длительных и кратковременных аварийных режимах, а также анализ закономерностей распределения дефицита мощности между секциями объединенных, электроэнергетических систем при кратковременном понижении частоты вследствие нарушения баланса мощности, причин возникновения и характера развития каскадных аварий, а также разработки методов координации резервов электрической сети с целью минимизации затрат на резервирование.
ЦЕЛЬ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ - разработка математических моделей и методов анализа и синтеза электрической сети по уровню надежности в длительных и кратковременных аварийных режимах, а также средств ее обеспечения.
Для достижения поставленной цели потребовалось:
выполнить анализ существующих методов расчета показателей надежности электрической сети для оценки области их применения и возможности использования в расчетах уровня надежности электроснабжения потребителей в режимах кратковременного понижения напряжения или частоты;
- выполнить анализ средств обеспечения надежности и мето
дов обоснования целесообразности их использования в конкретных случаях;
- разработать математические модели и методы для определения показате
лей надежности узлов электрической сети при кратковременных, аварийных
понижениях напряжения, вызываемых короткими замыканиями ( КЗ ) и на-
рушениями продольнои симметрии электрической сети при вероятностном и детерминированном задании исходных данных;
разработать математические модели и методы расчета показателей надежности фрагментов электрической сети при каскадных авариях, приводящих к недопустимому понижению напряжения в узлах электрической сети;
разработать средства, обеспечивающие повышение уровня надежности электроснабжения потребителей при кратковременных аварийных понижениях напряжения;
разработать математические модели и методы учета кратковременного понижения частоты при аварийном нарушении баланса мощности - в расчетах величины резерва активной мощности и пропускных способностей ВЛ, определяемых по условию взаиморезервирования;
разработать математические модели и методы согласования объемов резервирования электрической сети для обеспечения рационального уровня па-дежности электроснабжения потребителей в установившихся ( структурная и функциональная надежность ) и в режимах кратковременного понижения частоты и напряжения.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ: основные результаты диссертационной работы приведены в книге [1] , учебном пособии [2] , а также в других работах [3-26] . Они сводятся к следующему
1 .Осуществлен анализ существующих методов расчета показателей надежности электроснабжения потребителей и показано, что эти методы не могут быть использованы для расчета показателей надежности и режимах кратковременного понижения частоты или напряжения.
2.Выполнен анализ известных средств повышения уровня надежности электроснабжения потребителей и показано, что эти средства не могут быть эффективно использованы для кратковременного повышения напряжения при коротких замыканиях в электрической сети.
-
Впервые разработан метод расчета показателей надежности узлов электрической сети при авариях, вызываемых кратковременным понижением напряжения при КЗ и нарушениях продольной симметрии сети, а также выбросах случайного процесса изменения нагрузки потребителей.
-
Разработан метод расчета показателей надежности типовых фрагментов электрической сети при каскадных авариях распределительных и питающих электрических сетей районных электрознергегическлх систем. Его результаты используются при определении показателей надежности узлов электрической сети при кратковременных аварийных режимах, сопровождающихся кратковременным понижением напряжения в узлах электрической сети.
-
Впервые разработан метод учета кратковременного снижения частоты, вызываемого аварийным нарушением баланса мощности при расчете аварийного резерва активной мощности и пропускных способностей межсистемных связей.
6. Разработаны специальные методы синтеза электрической сети с целью обеспечения надежности электроснабжения потребителей в длительных и кратковременных аварийных режимах. Методы включают определение резервов электрической сети для ее типовых фрагментов и последующее согласование с релью уменьшения суммарных затрат на обеспечение оптимального уровня надежности электроснабжения потребителей в длительных и кратковременных аварийных режимах. Для решения указанных задач используется критериальное программирование и полный дифференциал приведенных затрат. При этом критериальное программирование применяется для корректировки решений заданного временного среза сети определенного класса напряжения, а полный дифференциал приведенных затрат используется для корректировки решений на данном временном интервале резервов сетей разных классов напряжения.
Разработанные в диссертации методы позволяют оценить техническую и технико-экономическую эффективность устройств, обеспечивающих повышение уровня надежности при авариях, вызываемых кратковременным понижением напряжения, путем сравнения численных значений параметра потока отказов до и после установки устройств; уточнить требования к пропускной способности ЛЭП, определяемой по условию взаиморезервирования секций объединенных электроэнергетических систем, путем учета кратковременного понижения частоты при аварийном нарушении баланса мощности: оценить влияние каскадных аварии на снижение уровня надежности электроснабжения потребителей вследствие недопустимого понижения напряжения; снизить суммарные затраты на резервирование путем учета многоцелевого назначения резервных элементов.
Реализация результатов работы осуществлена следующим образом.
1. Произведена оценка уровня надежности потребителей Астраханской
энергосистемы и обоснована необходимость установки быстродействующих
устройств глубокого регулирования напряжения ка подстанции Газовая, Ве
дется проектирование.
2. На базе анализа уровня надежности объединен
ной электроэнергетической системы Северного Кавказа с учетом изменения
частоты при аварийном нарушении баланса мощности обосновано увеличе
ние пропускной способности сечения между Ростовской энергосистемой и
остальной частью ОЭЭС на 200 МВт. Рекомендация учтена при проектиро
вании.
3. Даны рекомендации по повышению живучести типовых фрагментов
электрической сети в Астраханской энергосистеме за счет мероприятий экс
плуатационного характера, которые внедрены в эксплуатацию.
4. Внедрены рекомендации по изменению схемы распределительных устройств с упрощенной схемой на стороне высшего напряжения - в Волго-градэнерто, Ростовзнерго, Краснодарэнерго, Астраханьэнерто.
Методические разработки автора, в том числе и программы: расчета уровня надежности электроснабжения потребителей в динамических режимах режимы кратковременного понижения частоты и напряжения внедрены в Волгоградском институте Энергосетъпроект.
Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе. Они включены в лекционные курсы. Методы расчета уровня надежности электроснабжения потребителей в динамических и стационарных режимах отражены в двух учебных пособиях.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения и выводы диссерта
ции докладывались на 23 заседаниях всесоюзных семинаров по пробле
мам электроэнергетики "Кибернетика электрических систем"
и "Методические вопросы исследования надежности больших си
стем энергетики".
ПУБЛИКАЦИЯ МАТЕРИАЛОВ РАБОТЫ. По теме диссертации опубликовано 65 печатных работ и 5 отчетов во НИР.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 194 наименований, четырех приложений и актов о внедрении и использовании результатов работы. Объем работы 330 стр., в том числе 218 стр. основного текста, 12 стр. иллюстраций, 2 таблицы на 2 стр., список литературы на 23 стр. и 71 стр. Приложений.
