close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Управление нагрузкой на напряжении 0 4 кВ при действии автоматической частотной разгрузки в энергосистеме

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
Гиёев Борбад Мирзоевич
УПРАВЛЕНИЕ НАГРУЗКОЙ НА НАПРЯЖЕНИИ 0,4 кВ ПРИ ДЕЙСТВИИ
АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЧАСТОТНОЙ РАЗГРУЗКИ В ЭНЕРГОСИСТЕМЕ
Специальность: 05.14.02
«Электрические станции и электроэнергетические системы»
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Москва – 2018
3
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность
темы исследования. Одним из фундаментальных свойств
объединенных энергосистем (ОЭС) и их систем управления является иерархичность.
Контроль и управление, соответственно, базируются на иерархии технических средств
релейной защиты (РЗ), противоаварийной автоматики (ПА), средств диспетчерского и
технологического управления в сетях 6-10 кВ и выше.
Система автоматической частотной разгрузки (АЧР) и специальная автоматика
ограничения нагрузки (САОН), как подсистемы ПА, реализуют свои противоаварийные
балансирующие воздействия в сети 6-10 кВ и выше. Реализация балансирующих отключений
предусматривает отключение нагрузки на напряжении 6-10 кВ, что вызывает ущерб
потребителям, больше всего в энергорайонах с возможностями возникновение глубокого и
длительного дефицита мощности. Работа АЧР на напряжении 6-10 кВ исключает детальный
учет степени ответственности отдельных потребителей 0,4 кВ. При этом не удается
сохранить на отключаемых фидерах хотя бы небольшую часть более приоритетной группы
нагрузок, особенно в сетях электроснабжения городов и сельского хозяйства по социальным
факторам, уровням ответственности и наибольшим экономическим ущербом.
Установка АЧР непосредственно в узлах нагрузки требует серьезных затрат и
вызывает дополнительные затруднения при эксплуатации. В настоящее время назрела
необходимость постепенного перевода балансирующих отключений на напряжение 0,4 кВ, с
учетом интеграции существующих технических средств РЗ и автоматизированной системы
контроля и учета электроэнергии (АСКУЭ) для реализации селективного отключения
нагрузки даже при системных авариях.
Этими факторами определяется актуальность темы настоящей работы, в которой
исследуется способ селективного ограничения нагрузки по командам АЧР на напряжении 0,4
кВ с обеспечением требуемого быстродействия в части предотвращения лавины частоты и с
возможностью сохранения в работе 10-20 % мощности нагрузки каждого управляемого от
АЧР фидера.
Степень разработанности. В теории и практике релейной защиты и автоматики (РЗА)
для удовлетворения требований минимизации ущерба и детального учета приоритетности
электроприемников при их аварийном отключении известна еще в 1970-х годов
рекомендация по установке устройств АЧР непосредственно у потребителей [Рабинович
Р.С.].
Разработчиками Американского университета в Шарджи был предложен способ
ограничения нагрузки
модифицированными
счетчиками
электроэнергии путем
предварительной автоматической отправки SMS-сообщений с предупреждением о
превышении лимита электропотребления и с последующим отключением нагрузки без
необходимости учета быстродействия. Подобный подход рассматривался также в работах
ученых из Китая и Швеции.
Компанией «ПАРМА» разработано устройство АЧР-0,4 кВ. Однако применение его
непосредственно у потребителей имеет ряд ограничений, связанных с потерей контроля со
стороны энергосистемы.
Прототипом рассматриваемой темы исследований является работа «Автоматическое
ограничение нагрузки в силовой распределительной сети» (Земцов А. А. Арцишевский Я.Л.).
Вклад в разработку теории и практики противоаварийного управления в
энергосистемах внесли отечественные инженеры и ученые Веников В.А., Овчаренко Н.И.,
Рабинович Р.С., Зейлидзон Е. Д., Соловьев И.И., Стернинсон Л. Д., Брухис Г. Л., Иофьев
Б.И., Семенов В.А., Беркович М.А., Гладышев В.А., Глускин И.З., Дроздов А.Д., Павлов
Г.М., Меркурьев Г.В., Сацук Е.И., Илюшин П.В. и другие. В последнее время проблемы
отключения нагрузки исследуются в работах Института систем энергетики им. Л.А.
Мелентьева СО РАН под руководством члена-корреспондента РАН д.т.н., проф. Воропая
Н.И.
4
Однако до сих пор не решена научно-техническая задача совершенствования АЧР с
учетом селективного учета приоритетности нагрузки и современных требований
электроснабжения на напряжении 0,4 кВ.
Объектом исследования диссертационной работы является энергосистема с
комплексом устройств РЗА и АЧР.
Предметом исследования является способ управления нагрузкой при реализации
команд АЧР с действием на напряжение 6-10 и 0,4 кВ в системах электроснабжения
городской и сельскохозяйственной нагрузки.
Целью диссертационной работы является разработка нового способа селективного
отключения нагрузки на напряжении 0,4 кВ по командам АЧР с учетом степени
ответственности потребителей, что позволяет минимизировать ущерб при отключениях.
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели в работе решаются
следующие задачи:
1. Обзор, анализ и сравнение существующих способов и средств РЗА, включая ПА,
обоснование актуальности разработки нового способа отключения нагрузки по командам
АЧР на напряжении 0,4 кВ.
2. Разработка нового способа передачи команд АЧР на напряжении 0,4 кВ с
подтверждением его работоспособности на математической модели, реализующей процесс
отключения нагрузки при работе АЧР.
3. Разработка методики расчета уставок команд АЧР по времени в каналах передачи
и приема при проектировании и расчете АЧР с использованием разработанного способа.
4. Разработка научно-обоснованных технических требований и рекомендаций по
применению разработанного способа и интеграции систем и технологии адаптации АЧР и
АСКУЭ для реализации команд АЧР и ЧАПВ.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Разработан способ реализации команд АЧР на 0,4 кВ с использованием
кратковременного прерывания рабочего напряжения заданной длительности, формируемой в
цикле отключения-включения (О-В) силового выключателя 6-10 кВ с подтверждением
достоверности и обоснованности на математической модели.
2.
Разработана методика расчета и выбора уставок по времени в канале
формирования, передачи и приема команды АЧР с учетом собственного времени работы
силового выключателя и влияния двигательной нагрузки.
3. Разработан способ повышения адаптивности АЧР с учетом переменного уровня
ответственности отдельных электроприемников и реализации команд ЧАПВ путем
интеграции функционирования АЧР и программно-технического комплекса АСКУЭ.
Практическая значимость.
1. Способ передачи в сеть 0,4 кВ команды АЧР без использования дополнительных
технических средств имеет практическую значимость, заключающуюся в повышении
надежности электроснабжения ответственных потребителей.
2. Разработана методика выбора уставок по времени в канале передачи команд АЧР
для отключения нагрузки на напряжении 0,4 кВ при проектировании АЧР.
3. Разработанны научно-обоснованные технические требования и рекомендации по
реализации АЧР и ЧАПВ на 0,4 кВ в распределенных интеллектуальных
микроэнергосистемах.
4. Результаты исследования внедрены в учебный процесс на кафедре «РЗ и АЭ»
Национального исследовательского Университета «Московский энергетический институт» и
кафедре «Электроснабжение» Таджикского технического Университета им. М.С. Осими, а
также в Институте энергетики Таджикистана при изучении курса «Автоматика
энергосистем».
Методы исследования. При решении задач в работе применялись методы системного
анализа, теоретических основ релейной защиты и автоматики, математического
моделирования электромеханических переходных процессов. При выполнении работы
5
использовались пакет Mathcad и лицензированный программно-вычислительный комплекс
расчета электромагнитных и электромеханических переходных процессов PSCAD.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Способ отключения нагрузки с реализацией команды АЧР и ЧАПВ на напряжении
0,4 кВ путем интеграции существующих устройства релейной защиты, ПА и АСКУЭ.
2. Методика выбора уставок по времени для расчета и проектирования АЧР с
использованием разработанного способа;
3. Научно-обоснованные технические требования и рекомендации по созданию и
модернизации следующих устройств и их технологии для перевода реализации функции
АЧР на 0,4 кВ:
- микропроцессорное устройство релейной защиты и автоматики фидера 10 кВ с
дополнительными функциями контроля спада тока в фазах;
- модифицированный счетчик в составе комплекса АСКУЭ с алгоритмом отключения
нагрузки при приеме команды-прерывания напряжения;
- внесение дополнительных функций в программное обеспечение АСКУЭ при
получении команд от устройства АЧР с целью реализации функции ЧАПВ нагрузки с
использованием мобильной GSM-сети связи и PLC технологии, а также функции контроля
фактической мощности нагрузки с учетом динамического изменения списка отключаемых
потребителей 0,4 кВ.
Соответствие паспорту специальности.
Согласно формуле специальности 05.14.02 – Электрические станции и
электроэнергетические системы, данная диссертация посвящена вопросам «Развития и
совершенствования теоретической и технической базы электроэнергетики с целью
обеспечения экономичного и надежного производства электроэнергии, её транспортировки и
снабжения потребителей электроэнергией в необходимом для потребителей количестве и
требуемого качества». Научные положения, отраженные в диссертации, соответствуют
областям исследования специальности 05.14.02 – Электрические станции и
электроэнергетические системы. В частности к:
пункту-6 - «Разработка методов математического и физического моделирования в
электроэнергетике» относится созданная программная модель в среде PSCAD энергорайона с
возможностью возникновения дефицита мощности, а также программа и методика
исследования процессов возникновения дефицита и работы устройств АЧР с использованием
традиционного и нового способа, а к
пункту-9 - «Разработка методов анализа и синтеза систем автоматического
регулирования, противоаварийной автоматики и релейной защиты в электроэнергетике»
относится разработка методика расчета временных уставок передатчика и приемника команд
с учетом полного времени отключения и включения силового выключателя 6-6-10 кВ (с
разбросами) и учёт влияния выбега и самозапуска двигательной нагрузки.
Достоверность результатов диссертационной работы обеспечивается корректным
использованием математического аппарата, соответствием данных аналитических расчетов и
результатов полученных путем моделирования, применением апробированных известными
научно-исследовательскими
организациями
моделирующих
комплексов
PSCAD,
обсуждением полученных основных результатов в рамках российских и международных
конференций при участие автора, а также дискуссий по опубликованным статьям. Автор
использовал графические зависимости величин и структурно иллюстрирующие образы.
Личный вклад соискателя. Основная идея и актуальность темы диссертации
базируется на работах автора при преподавании предметов в области релейной защиты и
автоматики в Таджикском Техническом университете им. академика М.С. Осими, при
выполнении работ научно-практического характера при разработке устройства
автоматического запуска агрегатов бесперебойного питания для особо ответственных
электроприемников, а также при постановке цели и задач исследования, определении путей
их решения, разработке программа и методика экспериментов и компьютерной модели, при
6
проведении экспериментов в среде программного комплекса PSCAD, при анализе,
обобщении, получении научных результатов и выводов по работе. Автор благодарит
Федорова А.И., заместителя технического директора компании EnLAB, за помощь в
прохождение курса по моделированию энергосистем в среде PSCAD при разработке
математической модели.
Апробация результатов работы. Основные результаты работы получены при
проведении многочисленных экспериментов на компьютерной модели. Материалы
диссертации были доложены и обсуждены на Международной научно-технической и
практической конференции «Перспективы развития электроэнергетики и высоковольтного
электротехнического оборудования» ТРАВЭК. (Москва, 2015г.); на Республиканской
научно-практической конференции «Экономическое развитие энергетики в Республике
Таджикистан» (Кургантюбе, 2016), на Республиканской научно-практической конференции
«Электроэнергетика, гидроэнергетика, надежность и безопасность» (Душанбе, 2016), на
Международной научно-технической конференции «Электроэнергетика глазами молодежи2016» (Казань, 2016г.), на Международной научно-технической конференции «Наука и
инновации в 21 веке: актуальные вопросы, достижение и тенденции развития» (Душанбе,
2016г.), на Научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника,
электротехника и энергетика» (Москва, 2017, 2018 г.), на Молодежном форуме и ХII
Международной научно-технической конференции «Энергия -2017» (Иваново, 2017, 2018
г.), на Международной научно-технической конференции и выставке «Релейная защита и
автоматика энергосистем 2017» (Санкт-Петербург, 2017 г.), на XXXVIII сессии
Всероссийского научного семинара «Кибернетика энергетических систем» по тематике
«Электроснабжение» (Новочеркасск, 2017 г.) и на Международной научно-технической
конференции «Электроэнергетика глазами молодежи-2017» (Самара, 2017 г.).
Публикации. По основным результатам диссертации опубликовано 14 печатных работ,
в том числе 2 статьи в рецензируемых печатных изданиях РФ по перечню ВАК.
Структура и обьем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения,
изложенных на 167 страницах машинописного текста, содержащего 50 иллюстраций, 5
таблиц и библиографический список на 80 наименований. Имеется 3 приложения на 23
страницах.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и
задачи исследования, отражена структура диссертации, охарактеризованы научная новизна и
практическая ценность результатов исследования.
В первой главе «Состояние вопроса исследования. Обзор существующих способов
ограничения нагрузки при небалансе активной мощности» проведен анализ
существующих способов аварийного ограничения нагрузки, связанных с небалансом
активной мощности и перегрузке электрооборудования.
Выяснено, что современная тенденция энергозависимости инфраструктур и увеличение
количества ответственных и социально-значимых потребителей во всех отраслях требует
более детального учета их приоритетности, особенно среди городских и
сельскохозяйственных потребителей. Установлено, что имеется интерес не только у
работников энергоснабжающих компаний и энергосистем в целом, но и потребителей к
реализации аварийного ограничения нагрузки на напряжении 0,4 кВ.
Выявлена актуальность разработки технического решения по взаимной интеграции
устройств РЗА и АСКУЭ, необходимого для селективного отключения потребителей на
напряжении 0,4 кВ по командам АЧР.
Проведен краткий обзор отечественных и зарубежных разработок по реализации
противоаварийного отключения нагрузки непосредственно на напряжении 0,4 кВ.
7
Был сделан анализ и сравнение (табл. 1) четырех возможных вариантов реализации
аварийного ограничения нагрузки в системах электроснабжения городских и
сельскохозяйственных потребителей при применении:
1. Новых устройств АЧР на 0,4 кВ;
2. Многофункциональных счетчиков 0,4 кВ с функцией АЧР и действием АСКУЭ;
3. Развертывания средств связи от устройств АЧР с уровня 6-10 кВ к
коммутационным аппаратам в сети 0,4 кВ;
4. Использования модифицированных счетчиков в качестве приемников команды,
сформированной терминалом РЗА при работе АЧР на 10 кВ и имеющей форму
прерывания рабочего напряжения заданной длительности.
Таблица 1-Сравнение технически возможных вариантов реализации отключения
нагрузки на напряжении 0,4 кВ
Варианты
1
2
3
По
По
экономи-
условиям
ческим
быстродей-
условиям
ствия
Малые
затраты
Малые
затраты
Подходит
Подходит
Не
затраты
подходит
имеются
работы
Подходит
Большие
уже
надежность
Подходит
Не подходит
По условиям
Контролируе-
эксплуатации и
мость АЧР
контроль за
со стороны
уставками
энергосистемы
Имеется ряд
Контроль
трудностей
теряется
Имеется ряд
Контроль
трудностей
теряется
Имеется
Остается под
трудностей
контролем
Высокая
Устройства
4
По
Подходит
надежность
при точной
Нет трудностей
Остается под
контролем
настройке
Результаты сравнения показали, что четвертый вариант «Модифицированные
счетчики 0,4 кВ-используемые как приемники команд АЧР» является перспективным.
Комплекс АСКУЭ дает возможность счетчикам по специальным алгоритмам принимать
команды от устройства АЧР и отключать нагрузку на 0,4 кВ. Уставки для АЧР традиционно
контролируются работниками энергосистем в местах, где они уже установлены и технология
их эксплуатации освоена. Данный вариант является компактным и экономичным, а также не
требует внесения существенных изменений в методику проектирования АЧР.
Обоснована актуальность проведения исследований и разработки нового
селективного способа отключения нагрузки по командам АЧР на напряжении 0,4 кВ,
заключающегося в снижении ущерба для потребителей при работе АЧР и снижении затрат
на строительство новых линий электропередачи для отдельных ответственных потребителей.
Во второй главе «Разработка способа управления нагрузкой при действии АЧР с
подтверждением на математической модели» рассмотрена разработка способа передачи
команд АЧР на напряжении 0,4 кВ с использованием математической модели реализации
отключения нагрузки при традиционном и новом способе работы АЧР, разработан алгоритм
работы АЧР, реализующий отключение нагрузки на напряжении 6-10 и 0,4 кВ. Получены
результаты моделирования при различных вариациях объема дефицита мощности, величины
8
постоянной времени энергосистемы и запаздывания в канале отключения нагрузки.
Обоснована работоспособность нового способа, включая предотвращение лавины частоты.
Длительность команды
, которая в дальнейшем используется как команда на
отключение нагрузки, формируется в цикле отключения и включения (О-В) силового
выключателя фидера 6-10 кВ в форме кратковременного прерывания рабочего напряжения
заданной длительности. Очевидно, что длительность командного прерывания не должна
совпадать с длительностями возможных провалов в сети, возникающих по другим причинам,
то есть должна быть отстроена по времени. Для этого следует определить параметры потока
провалов в проектируемой сети и сгруппировать их по диапазонам возможных значений
длительностей. Пример графического изображения такой группировки приведен на рис. 1.
Возможные
длительности
команды
Возможные
длительности провалов
и прерывания в сети
t, c.
0
0,25
0,5
0,75
1
1,25
1,5
1,75
2
2,25
Рис. 1. Пример данных выбора длительности команды
Разработанная математическая модель охватывает многочисленные изменения
значений влияющих параметров таких как постоянной времени энергосистем
регулирующий эффект нагрузки по активной мощности
мощность нагрузки
дефицит
активной мощности
мощность станции
задержка в канале АЧР
, начальная
и конечная
уставки по частоте, длительность команды
и неотключаемая мощность
каждого задействованного фидера
- (при новом способе) табл. 2, и разные сценарии
возникновения дефицита активной мощности- одним скачком, двумя скачками и плавным
нарастанием.
Таблица 2-Исходные параметры опытов моделирования
Гц.
№
Опытов
МВт
1
МВт
МВт
%
140
14
10
2
157,5
31,5
20
3
180
54
30
4
210
84
40
5
252
126
50
126
48,8
46,5
,
Гц.
с
с
48,8
0,15÷0,3
2.0
Для разработки математической модели процессов возникновении дефицита активной
мощности ∆Pдеф, и оценки работы АЧР рассмотрена схема энергосистемы с классами
напряжений 110 и 10 кВ, где недостающая мощность передается от объединенной
энергосистемы по воздушной линий электропередачи (ВЛ). Для обоснования и более
9
тщательного исследования процессов, связанных с возникновением активной мощности и
последующей работой устройств АЧР, в схеме моделируются генераторы с системами
регулирования скорости вращения (АРЧВ), регуляторами возбуждения (АРВ), турбинами
для энергосистемы, содержащей гидравлические станции. Однолинейная схема
рассматриваемого энергорайона представлена на рис. 2.
ЭС
110 кВ
PЛ ( ΔPдеф)
PG1
110 кВ
ЭЭС
Pн
ЭС
Отключаемая
нагрузка
PG2
ПС-1
ПС-3
ПС-2
Неотключаемая
нагрузка
ПС-4
6-10 кВ
Pн
Рис. 2. Схема рассматриваемого энергорайона
Проведен анализ и сравнение результатов моделирования работы АЧР при ее работе с
двумя способами управления нагрузки. Выявлен положительный эффект в работе АЧР с
использованием предлагаемого способа в части предотвращения излишнего отключения
нагрузки, приводящего к перерегулированию активной мощности, особенно при ее больших
дефицитах и малой постоянной времени энергосистемы. На рис. 3 показаны осциллограммы
изменения частоты во времени при
равной 50%, при мощности брони в каждом
фидере
равной 25 %.
50,8
1
50,4
50
Частота, Гц.
49,6
49,2
48,8
48,4
48
47,6
47,2
46,8
46,4
2
47,8
47,6
47,4
47,2
47
46,8
46,6
2
1
20 20,5 21 21,5 22 22,5
18 22 26 30 34 38 42 46 50 54 58 62 66 70 74 78 82 86 90 94 98
Время, с.
Рис. 3. Осциллограммы изменения частоты во времени при
,
с,
,
с.,
25 %,
с. 1-традиционный способ, 2-предлагаемый способ
При скачкообразном возникновении дефицита (рис. 3) и действии АЧР традиционным
способом видно, что сочетание небольшой постоянной времени , равной 6 с, и времени
отключения от АЧР АЧР, равного 0,3 с, приводит к излишнему отключению нагрузки и
подъему частоты выше 50 Гц с последующим колебательным снижением мощности
10
генераторов под действием автоматики регулирования частоты и мощности (АРЧМ). Лавина
частоты предотвращается, однако происходит излишнее отключение, приводящее к
перерегулированию, что характеризуется дополнительным ущербом для потребителей
электроэнергии. Тенденции изменения параметров первичного оборудования энергосистемы
характеризуются снижением инерционности современных нагрузок, работающих с
частотными преобразователями мощности, что требует учета возможности возникновения
перерегулирования. Это явление будет усиливаться в перспективе по мере уменьшении
влияния инерционности вращающихся частей энергосистемы, связанных с внедрением
возобновляемых источников энергии (ВИЭ) и частотно-регулируемых преобразователей
некоторых типов нагрузки.
При использовании предлагаемого способа
возможность возникновения
перерегулирования предотвращается также и при
, равной 20%. Результаты
сравнительного моделирования и исходные настройки модели приведены на рис. 4. При
скачкообразном возникновении дефицита
равной 50%, срабатывают 18 очередей и
первоначально отключается нагрузка в объеме 59,4%. Однако по истечении 2,0 секунд
происходит поочерёдное подключение забронированной части потребителей в объеме 9,9 %.
В результате отключаемая мощность нагрузки уменьшается до 49,5%, что соответствует
графику 2 на рис. 4. При традиционном способе, график 1
равной 50% вызывает
срабатывание всех 20 очередей с отключением 55% нагрузки, превышающей величины
дефицита мощности. На графике 1 отображен колебательный процесс снижения активной
мощности генераторов, способствующий предотвращению перерегулирования после работы
АЧР. Более наглядно этот процесс иллюстрируется на рис. 4, график 2.
50,5
1
50,1
Частота, Гц.
49,7
49,3
2
48,9
48,5
48,1
47,7
47,3
46,9
46,5
18 22 26 30 34 38 42 46 50 54 58 62 66 70 74 78 82 86 90 94 98
Время, с.
Рис. 4. Осциллограммы изменения частоты во времени при
,
с,
,
с.,
20 %,
с. 1-традиционный способ, 2-предлагаемый способ
Как видно из рис. 3 и 4, при работе АЧР с новым способом реализации команд на
отключение нагрузки при дефиците 50% замечаний не возникает. Модельные
осциллограммы изменения частоты при дефиците мощности 40%, 30%, 20%, 10% и
настройках АЧР в соответствии с данными рис. 3 и 4 указывает на отсутствие
перерегулирования, что обеспечивает эффективность обоих способов.
Кроме требования предотвращения лавины частоты подъем её в диспетчерскую зону
также возлагается на АЧР. Данное требование успешно выполняется при работе АЧР в обоих
11
Частота, Гц.
способах. Однако с учетом селективного отключения и сохранения части ответственных
потребителей возможно уменьшение экономического ущерба при работе АЧР (рис. 5 и 6).
50,1
49,9
49,7
49,5
49,3
49,1
48,9
48,7
48,5
48,3
48,1
47,9
47,7
47,5
47,3
47,1
10%
20%
30%
40%
50%
18
28
38
48
58
Время, с.
68
78
88
98
Рис. 5. Осциллограммы изменения частоты во времени при работе АЧР
традиционным способом при
с,
,
с.,
Частота, Гц.
Аналогичные осциллограммы получены при работе АЧР с использованием
предлагаемого способа. При равной 10 с замечание в работе АЧР не выявлено, что говорит
об обоснованности работы АЧР при работе с предлагаемым способом.
50
49,8
49,6
49,4
49,2
49
48,8
48,6
48,4
48,2
48
47,8
47,6
47,4
47,2
10%
20%
30%
40%
18
28
38
50%
48
58
Время, с.
68
78
88
98
Рис. 6. Осциллограммы изменения частоты во времени при работе АЧР
предлагаемым способом при
с,
,
с.,
Таким образом, замечания к работе АЧР с использованием предлагаемого способа
относительно традиционного не выявлены. Однако как выше указывалось, задействованные
фидеры остаться включенными с сохранением некоторой части ответственной нагрузки.
Таким образом, была проверена работоспособность и доказана обоснованность
предложенного способа реализации команд АЧР на отключение потребителей 0,4 кВ. Также
12
было выявлено, что эффективность действии АЧР не снижается при использовании
командного прерывания рабочего напряжения для реализации отключение нагрузки.
В третьей главе «Разработка методики расчета уставок по времени в канале
передачи команд АЧР» выполнена разработка методики расчета уставок по времени в
канале передачи команд АЧР с использованием нового способа, согласно которому силовой
выключатель является передатчиком, а модифицированные счетчики приемником. В данной
главе была разработана математическая модель процессов формирования и приема команды
с 6-10 кВ на 0,4 кВ с целью реализации отключения нагрузки по командам АЧР
модифицированными счетчиками электроэнергии; оценено влияние двигательной нагрузки
на форму командного прерывания напряжения заданной длительности в местах установки
счетчиков на напряжении 6-10 кВ.
Длительность команды
, выбранная после анализа потока провалов в сети,
задается в микропроцессорном терминале МП РЗА. Для того, чтобы длительность
командного провала в приемниках оказалось равной выбранной
, следует учитывать
собственные времена работы силового выключателя. Структурная схема передачи
командного провала показана на рис.7
«Приемник»
«Передатчик»
ТП-10/0,4 кВ
Распределительные линии
0,4 кВ
Питающая сеть
ПС-110/10 кВ
РП и ВРУ
АД
СТ
tком
АЧР
МП
РЗА
tМПРЗА
Wh
tком.нм tком.нб
tсч
Рис. 7. Схема канала распространения сигнала АЧР в форме прерывания напряжения
Формирование команды в передатчике может осуществлять двумя способами:
1.
Управление циклом О-В по заданному времени управления;
2.
Управление циклом О-В с учетом фактического момента отключения
выключателя путем контроля спада тока нагрузки в терминале МП РЗА.
Во всех случаях в МП РЗА для создания команды в виде перерыва питания заданной
длительности в сети 0,4 кВ
необходимо задать нужную выдержку времени с учетом
полного времени отключения и включения силового выключателя.
Для первого случая уставку по времени в МП РЗА
следует выбрать по
выражению:
где
полное время включения и отключения силового выключателя;
Для более сложного и более точного способа управления с учетом контроля спада
тока нагрузки выдержку времени в МП РЗА
для подачи команды на повторное
включение силового выключателя следует выбрать по выражению, которое обеспечивает
подачу команды с опережением на время включения выключателя:
.
13
Необходимо учесть, что в цикле О-В силового выключателя реальная длительность
формируемой команды прерывания напряжения может изменяться из-за временных
разбросов в работе силового выключателя. На рис. 8 показана диаграмма работы силового
выключателя, выполняющего функцию передатчика, для варианта управления по заданному
времени.
Если учесть временные разбросы в работе силового выключателя
и
, то
диапазон длительностей формируемой команды в передатчике определяется выражением:
Наименьшая:
Наибольшая:
Рассмотренные отклонения одинаково искажают длительность команды во всех
точках сети и могут быть количественно приняты
,
.
t
МПРЗА
± Δtоткл
tоткл
± Δtвкл
tком
tвкл
t, c.
0
Рис. 8. Временная диаграмма работы силового выключателя при формировании
команды-кратковременного прерывания напряжения
Уставка по времени в приемниках команды - модифицированных счетчиках
электроэнергии, для реализации функции приема сигнала-команды в форме прерывания
рабочего напряжения заданной длительности определяется с учетом контроля начала и
окончания прерывания. Принято, что контроль напряжения осуществляется по сниженному
уровню действующего значения напряжения
.
Из рис.9 следует, что двигательная нагрузка (ДН) по-разному смещает моменты начала
и окончания команды по уровню
. Заметно смещается начало команды из-за явления
выбега асинхронных двигателей
Смещение окончания команды намного меньше
так как самозапуск ДН в правильно спроектированной системе электроснабжения
после подачи рабочего напряжения начинается при уровне напряжения заметно
превышающего
.
Таким образом, фактические
в приемнике с учетом разбросов и влияния
двигательной нагрузки определяются выражениями:
Наименьшая при наличии ДН:
Наибольшая при отсутствии ДН:
14
обусловлен выбегом асинхронных двигателей.
Δtвыб.АД
Δtс.зап.
tком.
U0
0,5U0
t, c.
0
tоткл
tком.
tвкл.
Рис. 9. Примерный вид сигнала-команды в приемнике
Количественные взаимосвязи влияющих факторов определены методами
математического моделирования. В модели, разработанной в программном среде PSCAD,
реализуется формирование команд в виде кратковременного прерывания напряжения путем
отключения и включения выключателя фидера. Принято, что
равно 2 с, т.е. выключатель
фидера через 2 с после отключения повторно включается, создавая кратковременное
прерывание напряжения в сети.
Результаты моделирования показали, что при отсутствии ДН крутизна изменения
напряжения не носит ярко выраженного характера, однако при объеме ДН, равной 60%, в
рассматриваемом фидере искажение командного прерывания напряжения приводит к
сокращению длительности времени по сравнению с заданным временем в МП РЗА. Следует
отметить, что влияния смещений
и
являются однонаправленными, и
поэтому их искажающее действие на длительность прерывания характеризуется разностью
их значений. Таким образом, суммарное искажение команды из-за влияния ДН определяется
выражением:
Следовательно, можно рекомендовать при выборе уставок по времени для приемника
с учетом двигательной нагрузки и ее мощности до 50% выбрать несимметричной интервал
времени учета ДН:
(
÷
) с.
Окончательно, следует принять:
{
Тогда диапазон сигнала по времени в приемниках при
предусмотреть в пределах:
Н
ьш я
ь
ь

{
Н
ьш я
ь
ь

необходимо
15
Δtвыб.АД.
0,12
выб.АД., с.зап
0,1
0,08
Δtком.АД.
0,06
0,04
Δtс.зап. АД
0,02
0
0
10
20
30
40
50
Объем двигательной нагрузки, %
60
Рис. 10. Зависимость смещения моментов начала
и окончания
командного прерывания напряжения от объема ДН на шинах
ТП-10/0,4 кВ
С учетом необходимого времени запаса
уставки в приемнике требуется
задать в пределах
(1,8÷2,1) с.
На рис. 10 и 11 показаны зависимости
и
от объема ДН на
трансформаторной подстанции (ТП), ТП-10/0,4 кВ, на вводном распределительном
устройстве (ВРУ) и главном распределительном щите (ГРЩ).
0,12
Δtвыб.АД.
выб.АД., с.зап
0,1
0,08
Δtком.АД.
0,06
0,04
Δtс.зап. АД
0,02
0
0
10
20
30
40
50
60
Объем двигательной нагрузки, %
Рис. 11. Зависимость смещения моментов начала и окончания командного провала
напряжения от объема ДН на ВРУ и ГРЩ
В четвертой главе «Разработка рекомендаций по интеграции устройств АЧР с
АСКУЭ и условий применения предложенного способа» рассмотрены вопросы включения
отключенных потребителей АЧР в соответствии с командами ЧАПВ путем использования
средств связи в составе программно технического комплекса (ПТК) АСКУЭ. Предложена
возможность изменения приоритета для потребителей с переменным уровнем
ответственности. Причем интеграция обеспечивается на программно-аппаратном уровне
16
внутри однородного ПТК, реализующего одновременно функции измерения электроэнергии
и управления нагрузкой. Структурная схема по интеграции АЧР, МП РЗА и ПТК АСКУЭ
показана на рис. 12.
МП РЗА
Защита и
управление
фидера
6-10 кВ
АЧР
Устройство
АЧР
Противоаварийное
управление
фидера
ЧАПВ
ПТК
АСКУЭ
Учет, сбор и обработка данных
об энергопотреблении
Измерение
ПКЭ
Управление
нагрузкой на 0,4 кВ
Автоматическое и
противоаварийное управление
По командам
диспетчеров
0,4 кВ
Рис. 12. Структурная схема интеграции систем РЗА, АЧР и ПТК АСКУЭ
Сформулированы рекомендации по выбору точки отключения нагрузки в сетях 0,4 кВ
в зависимости от расположения групп ответственных потребителей. Определено
перспективное развитие темы исследования с целью ее применения для аварийного
ограничения нагрузки по командам диспетчеров при перегрузке оборудования. Предлагается
следующие рекомендации при выборе принципов отключения нагрузки (рис. 13).
1) Если в фидере не зафиксированы группы ответственных потребителей, то следует
сохранить традиционный способ АЧР на 6-10 кВ (поз. 1 рис. 13);
2) Если в фидере имеется ответственный потребитель, включенный на напряжение 610 кВ в ТП-6-10/0,4 кВ, то следует выбрать принцип отключения нагрузки в
распределительном пункте по 6-10 кВ в соответствие с поз. 2 рис. 13;
3) Если в фидере зафиксированы ответственные потребители, включенные на
напряжение 0,4 кВ в отходящих линиях ТП-6-10/0,4 кВ, то следует выбрать принцип
отключения нагрузки в распределительном пункте ТП-6-10/0,4 кВ в соответствие с поз. 3 рис
13;
4) Если требуется сохранение питания общедомовых нужд, таких как лифты, системы
дымоудаления, тепловые пункты, в зимний период, то необходимо выбрать принцип
отключение в ВРУ и ГРЩ зданий в соответствии с поз. 4 рис. 13.
19
ПС 35/10 кВ
Общеподстанци
онный учет.
Шкаф АСКУЭ
на ТП 35/10кВ
УСПД
На включение
GSM модем
Диспетчерский пункт
сбытовой компании
Центр управления
АСКУЭ
ЧАПВ
(GSМ)
Устройство
АЧР
Команда
ЧАПВ
Заявки на изменения
приоритетности отдельных
потребителей 0,4 кВ
Сервер БД
GSM модем
Команда
АЧР
ЧАПВ
(GSМ)
МП РЗА
Передатчик
команд
1
ЧАПВ
(GSМ)
На отключение
Команда АЧРкратковременное
прерывание
напряжения заданной
КТП
длительности
РП-10 кВ
N КТП
2
6-10/0,4кВ
Многоквартирные
(Индивидуальные)
жилые дома
GSM
модем
Команда
АЧР
УСПД
УСПД
0,4 кВ
ЧАПВ
RS-485
GSM модем
Команда
АЧР
3
4
ЧАПВ
RS-485
QF
Управляемые
Менее значимые
потребители
Потребители с
изменяемой
приоритетностью
Автоматические выключатели
Ответственные и
социально-значимые
потребители
Потребители с
изменяемой
приоритетностью
ВРУ-0,4 кВ
Команда АЧР
Команда
АЧР
QF
Команда
АЧР
QF
Команда
АЧР
QF
Команда
АЧР
Счетчикиприемники
команд
Общедомовые
потребители
(не управляются от
АЧР)
Менее
ответственные
потребители
(управляются от
АЧР)
ЧАПВ PLC
Рис.13. Пример структуры интеграции ПТК АЧР и АСКУЭ
Команда
АЧР
ЧАПВ PLC
Команда
АЧР
ЧАПВ PLC
Менее
ответственные
потребители
(управляются от
АЧР)
Бронь
18
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе выполнения диссертации были получены следующие научные результаты,
имеющие практическую значимость:
1. Разработан способ реализации противоаварийного отключения нагрузки по
командам АЧР на напряжении 0,4 кВ в форме кратковременного прерывания рабочего
напряжения заданной длительности. Методами математического исследования установлено
выполнение основных требований к действию АЧР при реализации ее команды на
напряжении 0,4 кВ с учетом действующих требований нормативно-технических документов
в части быстродействия и ликвидации аварийного режима энергорайона с небалансом
активной мощности.
2. Проверена работоспособность и доказана обоснованность предложенного
способа реализации команд АЧР на отключение потребителей 0,4 кВ. Выявлено, что
эффективность действии АЧР не снижается при использовании командного прерывания
напряжения для реализации отключения нагрузки на напряжении 0,4 кВ.
3. Разработана методика расчета уставок по времени, соответственно для
передатчика и приемника, позволяющая расчитать уставки с учетом собственного времени
работы силового выключателя. Предложены расчетные формулы:
для расчета уставки по времени, задаваемой в терминале МП РЗА;
для расчета наибольшей и наименьшей длительности команды для задания уставок
в программном обеспечении модифицированных счетчиков АСКУЭ.
4. Обоснована
работоспособность
предложенного
способа
в
системах
электроснабжения городов и сельского хозяйства, где объем двигательной нагрузки не
превышает 50%.
5. Разработаны рекомендации по повышению адаптивности АЧР и уменьшению
ущерба при селективном отключении нагрузки на напряжении 0,4 кВ с учетом переменного
уровня ответственности различных потребителей за счет интеграции функционирования
АЧР и АСКУЭ. Определены требования и рекомендации к параметрам выключателей для
реализации команд АЧР. Разработан порядок и требования к реализации команд ЧАПВ
средствами связи АСКУЭ по технологиям GSM и PLC.
Результаты исследования используются в учебном процессе по курсу «Автоматика
энергосистем» при проведении курсовых и лабораторных работ в Московском
энергетическом институте, Таджикском техническом университете имени академика М.С.
Осими и Институте энергетики Таджикистана.
К перспективам дальнейшей разработки темы диссертации относятся:
Использование разработанного способа при оперативном управлении нагрузкой и при
работе автоматики предотвращения перегрузки оборудования с использованием цифровых
технологий в активно адаптивных сетях, интеграции и расширения функций технологии
Smart Grid и EnergyNet.
ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:
Публикации в рецензируемых научных изданиях по перечню ВАК:
1. Арцишевский Я. Л., Гиёев Б.М. Адаптация АЧР к переменному уровню
ответственности электроприемников 0,4 кВ // Ежемесячный производственно-массовый
журнал «Энергетик». – Москва. – 2017. – №5. С. 18 – 21.
2. Арцишевский Я. Л., Гиёев Б.М. Эффективность АЧР с передачей команд на
отключение электроприемников 0,4 кВ // Известия Вузов. «Электромеханика» –
Новочеркасск. – 2017. – №6 .- С.37-44.
Публикации в научных изданиях, материалы региональных и международных
конференций:
3.
Арцишевский Я. Л., Гиёев Б.М. Надежность электроснабжения ответственных
19
потребителей 0,4 кВ при действии АЧР // Сборник докладов: XXII Международная научнотехническая и практическая конференция «Перспективы развития электроэнергетики и
высоковольтного электротехнического оборудования». Международная Ассоциация
ТРАВЭК – Москва – 2015. – С. 15.
4. Гиёев Б.М. Разработка структуры математической модели действия автоматической
частотной разгрузки на напряжении 0,4 кВ // Республиканская научно-практическая
конференция «Экономическое развитие энергетики в Республике Таджикистан».
Кургантюбе-2016. –С.37-41.
5. Гиёев Б.М., Арцишевский Я.Л. Требования к устройствам автоматической частотной
разгрузки на уровне 0,4 кВ // Материалы VII международной научно-технической
конференции «Электроэнергетика глазами молодежи - 2016». Казань-2016–С. 309.
6. Арцишевский Я.Л., Гиёев Б.М. Моделирование процессов снижения частоты при
внезапном возникновении дефицита мощности в отдельной части энергосистемы. //
Материалы Республиканской научно-практической конференции: «Электроэнергетика,
гидроэнергетика, надежность и безопасность» Душанбе-2016–С.83-86.
7. Гиёев Б.М. Моделирование действия устройства АЧР по схеме северной части
энергосистемы Таджикистана // Материалы Республиканской научно-практической
конференции: «Электроэнергетика, гидроэнергетика, надежность и безопасность» Душанбе2016–С.101-104.
8. Арцишевский Я. Л., Гиёев Б.М. Реализация команд АЧР на уровне 0,4 кВ // XХIII
международная
научно-техническая
конференция
студентов
и
аспирантов
«Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» Москва-2017-С. 409.
9. Арцишевский Я. Л., Гиёев Б.М. Способ реализации балансирующих команд на
уровне 0,4 КВ // Материалы международного молодежного форума и ХII Международной
научно-технической конференции «Энергия -2017» Иваново-2017-С. 109-113.
10. Арцишевский Я. Л., Гиёев Б.М. Реализация управляющих воздействий АЧР на
уровне 0,4 кВ // Материалы международной научно-технической конференции и выставка
«Релейная защита и автоматика энергосистем 2017» Санкт-Петербург-2017-С.1186-1190.
11. Арцишевский Я. Л., Гиёев Б.М. Влияние запаздывания в канале АЧР на реализацию
способа отключения нагрузки на уровне 0,4 кВ // VIII международная научно-техническая
конференция «Электроэнергетика глазами молодежи - 2017» Самара-2017-С.369-372.
12. Арцишевский Я. Л., Гиёев Б.М. Эффективность АЧР с использованием провала
напряжения для передачи команд от устройств с 6-10 кВ на отключение электроприемников
0,4 кВ // XXXVII сессия Всероссийского научного семинара «Кибернетика энергетических
систем» по тематике «Электроснабжение» Новочеркасск-2017-С. (в печати).
13. Арцишевский Я. Л., Гиёев Б.М. Анализ влияния двигательной нагрузки для выбора
уставок по времени в канале реализации команд АЧР // XХIV международная научнотехническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и
энергетика» Москва-2018-С. (в печати).
14. Гиёев Б.М. Учет влияния провалов в сети при выборе уставок по времени в канале
реализации команд АЧР // Материалы международного молодежного форума и ХII
Международной научно-технической конференции «Энергия -2018» Иваново-2018-С. (в
печати).
20
Подписано в печать_________Заказ_____________ Тир.________ Печ.л.______
Полиграфический центр МЭИ, Красноказарменная ул., д.13, стр. 4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
3
Размер файла
6 460 Кб
Теги
автоматическая, действий, нагрузкой, энергосистема, напряжения, разгрузки, управления, частотного
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа