Введение к работе
Одними из основных систем управления в Единой энергетической системе (ЕЭС) России являются системы автоматического регулирования частоты и перетоков активной мощности (АРЧМ).
Актуальность проблемы Системы АРЧМ в ЕЭС России выполняют несколько различных функций, которые предъявляют разные требования к расположению и характеристикам регулирующих энергообъектов (РЭ). Действующих нормативных документах и правилах рынка системных услуг (РСУ) в части автоматического вторичного регулирования частоты и перетоков мощности (АВРЧМ) данные вопросы не отражены. Решение этих вопросов позволить определить требования к объемам спроса и предложения данного сектора рынка.
В последнее время массово модернизируются ГЭС и энергоблоки (ЭБ) ТЭС. В дальнейшем, для повышения качества регулирования режима ЕЭС по частоте и активной мощности, планируется их подключение к системам АРЧМ различного уровня. При этом ГЭС с установленной мощностью свыше 100 МВт должны быть привлечены к АВРЧМ. В то же время для ЭБ ТЭС участие в АВРЧМ добровольное и оплачивается на РСУ.
В системах АРЧМ управляющие воздействия на изменение мощности РЭ возникают при отклонениях регулируемого параметра (частоты или перетока активной мощности) на величину, превышающую суммарную погрешность соответствующих измерительных устройств. При постоянных колебаниях частоты и мощности в ЕЭС, вызванных случайным изменением нагрузки, на РЭ (ГЭС и ЭБ ТЭС) от систем АРЧМ ЕЭС выдаются интенсивные управляющие воздействия, что крайне нежелательно, так как это приводит к повышенному износу и к снижению экономичности работы элементов генерирующего оборудования. Интенсивность управляющих воздействий можно оценить частотой появления колебаний задания мощности РЭ от систем АРЧМ. В связи с этим, перед подключением большого количества РЭ к системам АРЧМ, необходимо минимизировать интенсивность управляющих воздействий на ЭБ ТЭС и ГЭС при сохранении требуемого качества регулирования.
Решение описанных выше проблем, актуальных для дальнейшего развития рынка системных услуг и электроэнергетической системы России в целом, представлено в диссертационной работе.
Цели и задачи исследования. Цель работы состоит в разработке методов и алгоритмов нелинейного управления режимами энергосистем по частоте и активной мощности, минимизирующих интенсивность управляющих воздействий на регулирующие энергообъекты при поддержании требуемого качества регулирования.
Для достижения указанной цели поставлены следующие основные задачи:
разработка нелинейной модели энергообъединения как объекта управления для систем автоматического регулирования частоты и активной мощности с учётом случайного процесса изменения нагрузки;
разработка нелинейных методов и алгоритмов автоматического регулирования режимом по частоте и активной мощности, минимизирующих интенсивность управляющих воздействий на регулирующие энергообъекты при сохранении требуемого качества регулирования;
программная реализация и внедрение наиболее эффективного нелинейного метода вторичного регулирования, для обеспечения участия энергоблоков ТЭС в рынке системных услуг по автоматическому вторичному регулированию частоты и перетоков мощности в ЕЭС России без существенного увеличения их эксплуатационных расходов и суммарных потерь;
разработка методики оптимального выбора настроек нелинейных методов автоматического регулирования по частоте и активной мощности, обеспечивающих минимизацию интенсивности управляющих воздействий на регулирующие энергообъекты при сохранении требуемого качества регулирования;
разработка методики формирования рынка системных услуг для обеспечения автоматического вторичного регулирования частоты и перетоков мощности в ЕЭС России.
Методы исследования. При решении поставленных задач в работе использованы методы теории автоматического управления, анализа переходных электромеханических и тепломеханических процессов, а также математического моделирования и теории вероятностей и статистической обработки информации.
Достоверность основных теоретических положений определяется тем, что полученные результаты потверждены при испытаниях с реальным управлением энергообъектами, детальным анализом основных влияющих факторов и расчетных условий, а также современным опытом проектирования и эксплуатации систем управления энергосистемами.
Научная новизна. В ходе подготовки диссертационной работы разработаны и предложены следующие новые результаты:
разработаны нелинейные методы автоматического управления режимами энергосистем по частоте и активной мощности, минимизирующие интенсивность управляющих воздействий на регулирующие энергообъекты при сохранении требуемого качества регулирования;
разработана методика оптимального выбора настроек нелинейных методов автоматического регулирования по частоте и активной мощности, обеспечивающая минимизацию интенсивности управляющих воздействий на регулирующие энергообъекты при сохранении требуемого качества регулирования;
разработана методика формирования рынка системных услуг для обеспечения автоматического вторичного регулирования частоты и перетоков мощности в ЕЭС России.
Практическая ценность и реализация результатов работы. При проведении комплекса исследований по диссертационной работе получены следующие практические результаты:
разработан алгоритм и выполнена программная реализация метода вторичного регулирования с введением зоны нечувствительности по регулируемому параметру;
внедрен метод вторичного регулирования с введением зоны нечувствительности по регулируемому параметру, обеспечивший участие энергоблоков ТЭС на рынке системных услуг по автоматическому вторичному регулированию частоты и перетоков мощности в ЕЭС России без существенного увеличения их эксплуатационных расходов и суммарных потерь;
разработана нелинейная модель энергообъединения как объекта управления для систем автоматического регулирования частоты и активной мощности с учётом случайного процесса изменения нагрузки.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на семинаре «Средства программно-технического обеспечения рынка системных услуг» (Конаковская ГРЭС, 2007 г.), на III-ей Всероссийской молодежной научной конференции по проблемам управления (МКПУ-2008) (Москва, 2008 г.), на III международной научно-практической конференции «Энергосистема: управление, конкуренция, образование» (Екатеринбург, 2008 г.), на международной отчетной конференции «Перспективы объединения энергосистем Восток-Запад (Результаты ТЭО синхронного объединения ЕЭС/ОЭС с UCTE)» (Москва, 2009 г.), на Международной научно-технической конференции «Электроэнергетика глазами молодежи» (Самара, 2011 г.)
Публикации по проведенным исследованиям размещены в журналах «Автоматизация в промышленности» (2008), «Электрические станции» (2010, 2012), «Энергорынок» (2010) и в трудах 3 конференций. По теме диссертации опубликовано семь печатных трудов, три из которых в изданиях по перечню ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, и заключения. Работа содержит 197 страниц основного текста, 55 рисунков, 18 таблиц и 3 приложений. Список использованной литературы содержит 57 наименований.
