WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

ЛАТЫПОВ

ДАМИР ДАМИРОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ И УСТОЙЧИВОСТИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ, СОДЕРЖАЩЕЙ УПРАВЛЯЕМУЮ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧУ

05.14.02 - Электростанции и

электроэнергетические системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва – 2009

Работа выполнена на кафедре «Электроэнергетические системы» Государственно образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский энергетический институт (Технический университет)»

Научный руководитель: Доктор технических наук, профессор

Строев Владимир Андреевич

Официальные оппоненты: Доктор технических наук, профессор

Гамазин Станислав Иванович

Кандидат технических наук

Шульга Роберт Николаевич

Ведущая организация: ОАО «Институт «Энергосетьпроект»

Защита состоится 26 июня 2009 года в 13 час. 30 мин.

на заседании диссертационного совета Д 212.157.03 при Московском энергетическом институте (техническом университете) по адресу: 11250, Москва, ул. Красноказарменная, д 17, второй этаж, аудитория Г-200.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке «МЭИ (ТУ)»

Автореферат разослан «21» мая 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат технических наук Бердник Е. Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Вопросы повышения управляемости электроэнергетических систем всегда были актуальны как в нашей стране, так и за рубежом. В современных условиях развития электроэнергетики России при высоком уровне износа и недостаточно высоких темпах модернизации оборудования этот вопрос стоит еще более остро. Помимо необходимости модернизации в электроэнергетике России, требуется оценить эффективность применения современного оборудования и условия его нормальной работы.

Развитие силовой электроники привело к появлению нового класса быстродействующих компенсирующих устройств – управляемых источников реактивной мощности (ИРМ) на базе полупроводниковых элементов, применение которых позволяет существенно повысить управляемость электроэнергетических систем. Эти устройства принято разделять по способу включения на продольные поперечные и комбинированные, например, объединенный регулятор потоков мощности (ОРПМ).

Для нормальной работы энергосистемы, одним из важнейших требований, является обеспечение устойчивости параллельной работы входящих в нее электрических станций. Автоматическое регулирование возбуждения (АРВ) синхронных машин является одним из наиболее эффективных способов обеспечения устойчивости работы энергосистем. Однако, многообразие возможных параметров и режимов даже в отдельно взятой энергосистеме создают значительные препятствия на пути разработки оптимальных средств обеспечения устойчивости. Таким образом, применение АРВ для обеспечения устойчивости в ряде случаев может оказаться недостаточным.

Применение новых быстродействующих компенсирующих устройств существенно влияет на условия устойчивости энергосистемы. Выбор и расстановка таких устройств в энергосистеме осуществляется исходя из требований, предъявляемых к установившимся режимам. Существование множества таких устройств, различающихся по составу оборудования и вариантам компоновки, требует разработки общего подхода к анализу устойчивости гибких систем передачи переменного тока, учитывающего возможность применения различных устройств. Исследованиям условий устойчивости энергосистем, содержащих комбинированные устройства, недостаточно изучены. Это и повлияло на определение основного направления исследования.

Цель исследования – изучение режимов и устойчивости управляемой электропередачи (гибкая система передачи переменного тока) с установленным компенсирующим устройством на базе силовых полупроводниковых элементов.

Для поставленной цели в диссертации решались следующие основные задачи:

  1. Изучение основных типов компенсирующих устройств на базе силовых полупроводниковых элементов и условий их работы в гибких системах передачи переменного тока.
  2. Разработка общего подхода к математическому описанию управляемой электропередачи на базе этих устройств.
  3. Определение основных требований, предъявляемых к системе автоматического регулирования устройства для обеспечения нормальной работы и статической апериодической устойчивости режимов электроэнергетической системы.
  4. Разработка системы автоматического регулирования САР ОРПМ.
  5. Расчетные исследования на ЭВМ режимов и устойчивости энергосистемы, содержащей управляемую электропередачу (гибкую систему передачи переменного тока), оснащенную разработанной САР.

Объект исследования. При выборе объекта исследования учитывались следующие факторы:

  • Возможность объединения функций всех известных компенсирующих устройств в одном комбинированном устройстве.
  • Принципиальная возможность использования математической модели комбинированного устройства для всех остальных типов устройств.

На основании этих факторов в качестве объекта исследований была выбрана энергосистема, содержащая управляемую электропередачу на базе объединенного регулятора потоков мощности (ОРПМ). В качестве расчетных схем приняты схемы содержащие шины бесконечной мощности: четырех-узловая и шести-узловая с двумя параллельными участками различного номинального напряжения (неоднородная схема).

Методика исследования. Для осуществления проводимых исследований использовались положения теории переходных электромеханических процессов в электроэнергетических системах. В расчетах установившихся режимов применялся метод Ньютона. Для разработки САР ОРПМ применялись методы анализа структуры САР, метод синтеза САР высокой точности, метод Д-разбиения по двум параметрам и расчет собственных значений системы линеаризованных дифференциальных уравнений.

Научная новизна работы. В ходе проведенных исследований разработана математическая модель управляемой электропередачи на базе ОРПМ. Показана принципиальная возможность, при определенных условиях, использования этой модели для описания управляемой электропередачи на базе других устройств. Разработана структурная схема САР ОРПМ. Показано, что наилучшее демпфирование колебаний обеспечивает структура САР, в закон регулирования которой вводится первая и вторая производные угла напряжения на входе устройства.

Практическая ценность. Разработанная структура САР ОРПМ обеспечивает нормальную работу устройства в установившихся режимах и демпфирование свободных колебаний. Эта структура может применяться при решении научно-практических и проектных задач в качестве основы при более детальном синтезе регулятора, который целесообразно осуществлять только для конкретной системы и достаточно полной информации о режимах. Предложенная модель управляемой электропередачи на базе ОРПМ обладает универсальностью и может быть использована в программах расчета режимов и устойчивости электроэнергетических систем, для представления моделей гибких систем передачи переменного тока единой системой уравнений, учитывающей многообразие существующих управляемых устройств.

Достоверность полученных теоретических положений подтверждается результатами расчетов. Разработанные программы расчета режимов и устойчивости проверялись на схемах, для которых достоверные результаты уже были известны. Кроме того, достоверность подтверждается совпадением полученных данных с результатами расчетов, выполненных по другим программам: РАСТР, Simulink.

Апробация результатов работы. Основные результаты диссертации докладывались на заседании кафедры «Электроэнергетические системы» МЭИ (ТУ) и Пятнадцатой Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика».

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, основных выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 127 стр. машинописного текста, содержит 5 таблиц, 43 рисунка, 2 приложения, 47 формул, библиография включает 74 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, практическая значимость и научная новизна. Формулируются цели и задачи исследований. Приведен обзор опубликованных результатов исследований в области режимов и устойчивости энергосистем, содержащих гибкие системы передачи переменного тока. Рассматриваются основные факторы современного развития электроэнергетической системы России, влияющие на условия ее устойчивой работы.

Глава 1. Гибкие системы передачи переменного тока. Модель управляемой линии.

Приводится описание и принцип действия управляемых устройств – основных элементов гибких систем передачи переменного тока, известных за рубежом как flexible alternating current transmission systems (FACTS) и их классификация по типу подключения и принципу работы.

По типу подключения устройства разделяют на поперечные (шунтовые), продольные и комбинированные (продольно-поперечные). К поперечным устройствам относятся: статический тиристорный компенсатор (СТК), статический компенсатор (СТАТКОМ). К продольным: устройство управляемой продольной компенсации (УПК) и последовательный статический компенсатор.

Более подробно рассматривается комбинированное устройство, известное как объединенный регулятор потоков мощности (ОРПМ), в котором с помощью вставки постоянного тока объединяются два устройства – регулируемых источников напряжения – продольного и поперечного типа (Рис. 1).

Рис. 1 а) принципиальная схема ОРПМ, б) векторная диаграмма напряжений. Т1 – шунтовой трансформатор, T2 - последовательный трансформатор, П1, П2 – преобразователи.

Математическое описание (1) ОРПМ, используемое в расчетах установившихся режимов, представлено в форме уравнений балансов мощности в узлах подключения устройства.

, ()

где,,, - коэффициенты трансформации и индуктивные сопротивления трансформаторов 1 и 2 соответственно;, - коэффициенты модуляции преобразователей 1 и 2;, - углы открытия вентилей преобразователей 1 и 2.

Математическое описание в виде (1) может формально быть приведено к математическому описанию любого представленного в данной главе устройства. Так, например, для того, чтобы (1) было справедливо для СТК, необходимо выполнить условия:

,,,,,

где - переменная проводимость СТК, зависящая от угла управления тиристорными вентилями (). Тогда (1) преобразуется к виду

,

Причем реактивная мощность СТК определяется выражением:

Глава 2. Выбор основного канала регулирования.

Основной целью применения управляемых линий электропередач переменного тока является увеличение допустимой области существования установившегося режима электроэнергетической системы и его оптимизация. Достижение такой цели осуществляется решением таких задач как увеличение предела передаваемой мощности, оптимальное распределение потоков активной мощности, компенсация реактивной мощности, снижение потерь активной мощности. В сложной энергосистеме задачи чаще бывают комплексные, например, оптимальное распределение потоков одновременно с увеличением пропускной способности.

Оснащение ИРМ соответствующей системой автоматического управления (САУ) – необходимое условие его работы и обеспечения требуемых функций. В качестве основного элемента структуры такой САУ можно выделить контур регулирования по отклонению выбранного режимного параметра (основной канал). Его функция – обеспечение заданных характеристик устройства в установившихся режимах с заданной точностью, которая определяется величиной коэффициента усиления по отклонению режимного параметра - (-регулируемый параметр режима).

В установившемся режиме работа САУ должна удовлетворять трем основным требованиям:

  1. точность регулирования должна быть не ниже заданной величины;
  2. обеспечение апериодической статической устойчивости;
  3. выполнение ограничений, накладываемых на параметры режима.

В качестве расчетной модели принята модель энергосистемы (Рис. 2), содержащей управляемую электропередачу. Предполагается, что такая электропередача является элементом сложной электроэнергетической системы. Режим электропередачи задается передаваемой на головном участке мощностью -. Напряжения по концам и принимаются неизменными. Мощности нагрузки заданы постоянным отбором. Линии представлены П – образными схемами замещения. Для определенности напряжение участков принимается равным 500 кВ.

Рис. 2. Расчетная схема для исследования режимов.

В структуре регулятора ОРПМ (Рис. 3) можно выделить два уровня: внутренний и внешний. К внутреннему уровню относится устройства управления преобразователями, на вход которых подаются управляющие воздействия,. К внешнему уровню относится основной регулятор (далее - регулятор). Регулятор формирует на своем выходе сигналы, пропорциональные управляющим воздействиям, на вход которого подаются параметры режима (регулируемые параметры), по которым осуществляется регулирование. Выбор этих параметров определяется целями и задачами регулирования.

В качестве регулируемых параметров целесообразно использовать следующие: напряжение вставки постоянного тока (), напряжение на входе ОРПМ (), добавочное напряжение () и угол добавочного напряжения (). Выбор этих параметров, в качестве регулируемых, обеспечивает: отсутствие зависимости внешних характеристик от значений токов преобразователей и сопротивлений трансформаторов ОРПМ.

Рис. 3. Структура основного канала регулирования. На схеме схематично представлены связи параметров режима преобразователей и управляющих воздействий. П1 – шунтовой преобразователь, П2 – последовательный.

При таком выборе параметров регулятор ОРПМ состоит из четырех основных контуров, являющихся главными обратными связями (Табл. 1). Необходимый режим ОРПМ задается значениями уставок.

Требуемая точность поддержания заданного значения регулируемого параметра обеспечивается при использовании принципа регулирования по отклонению от заданного значения.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»