Глава 7. Режимные принципы па, предотвращающей нарушение устойчивости

7.1. Особенности апну

При указанных ранее возмущающих воздействиях в электроэнергетической системе возникает интенсивный, опасный для синхронной параллельной работы электрических станций электромеханический переходный процесс. Не допустить выпадения из синхронизма электростанций в ЭЭС или несинхронной работы ЭЭС в их объединении ОЭС и обеспечить синхронную устойчивость ОЭС в целом и есть назначение ПА предотвращения нарушения устойчивости.

Особенностью АПНУ прежде всего являются три фазы ее функционирования:

- противоаварийное управление по сохранению динамической устойчивости в аварийном режиме

- противоаварийное управление, необходимое для устойчивости перехода к послеаварийному режиму;

- противоаварийное управление по предотвращению нарушения статической устойчивости в послеаварийном режиме.

Оказывается, что эффективное противоаварийное управление в аварийном и послеаварийном режимах обеспечивает и устойчивость электромеханического переходного процесса от аварийного к послеаварийному режиму. Поэтому в практике функционирования АПНУ реализуется первая и третья фазы противоаварийного автоматического управления.

Следующей важнейшей особенностью функционирования АПНУ является практическая бесчисленность потенциально возможных возмущающих воздействий в ЭЭС и соответственно многовариантность необходимых (дозированных) противоаварийных управляющих воздействий. Она обуславливает и такую специфическую особенность АПНУ, как обширная априорная и рабочая (поступающая в реальном времени) используемая информация о состоянии электроэнергетических управляемых объектов, режимах работы электрических станций и электроэнергетических систем и эффективности противоаварийных управляющих воздействий.

Поэтому АПНУ постоянно взаимодействует с информационными автоматическими устройствами непрерывного телеизмерения ТИ режимных параметров электрических станций и ЭЭС и устройствами передачи дискретных сигналов телесигнализации ТС об изменениях электрических схем.

Множеством потенциально возможных возмущающих воздействий обуславливается и такая особенность АПНУ как необходимость взаимодействия с соответствующим числом устройств генерирования дискретных сигналов о местах возникновения возмущений в ЭЭС – пусковых органов.

Главная же особенность АПНУ – это дозирование противоаварийных управляющих воздействий. Их набор, интенсивность и длительность должны соответствовать виду, тяжести и месту возникновения возмущающего воздействия. Недостаточность или избыточность дозированных противоаварийных управляющих воздействий означает неэффективность функционирования АПНУ или усугубление ее действием развивающейся аварийной ситуации.

7.2. Предотвращение нарушений устойчивости в энергообъединении простейшей структуры

Режимные требованиям к ПА, предотвращающей нарушение устойчивости связи отправной (избыточной по мощности) части энергообъединения со значительно более мощной (основной) частью энергообъединения, могут быть выявлены на основе анализа процессов в простейшей схеме работы генератора на шины бесконечной мощности.

Рис.7.1. Простейшая структурная схема энергообъединения.

Рассмотрим условия обеспечения минимально допустимого (нормативного) запаса статической устойчивости в кратковременном послеаварийном режиме применительно к схеме на рис. 7.1. Обозначим пределы статической устойчивости в нормальном и послеаварийном режимах соответственно и , а мощность эквивалентного агрегата в исходном нормальном режиме и в послеаварийном режиме после действия автоматики аварийной разгрузки - . Введем параметр , характеризующий уменьшение предела статической устойчивости при переходе к схеме послеаварийного режима:

. (7.1)

Для того чтобы при аварийном применении схемы (см. рис. 7.1.) запас статической устойчивости в послеаварийном режиме был не менее нормативного значения , электропередача (электрическая связь) должна в исходном нормальном режиме работать с запасом статической устойчивости равном:

(7.2)

Отсюда следует, что электропередача при отсутствии аварийной разгрузки может работать с нормативным запасом устойчивости = 0,20 (при = 0,08) только в том случае, если ≤0,1. Однако, как правило, относительное снижение предела статической устойчивости при аварийном нарушении схемы дальней электропередачи значительно больше 0,1. Для двухцепных электропередач при проектных схемах  близко к 0,2; для одноцепных электропередач с промежуточными присоединениями оно достигает – 0,4-0,5.

Для обеспечения нормативного запаса =0,08 при >0,1 при отсутствии аварийной разгрузки необходимо, чтобы электропередача работала в исходном режиме с запасом статической устойчивости, превышающим нормативное значение =0,20. Степень недоиспользования пропускной способности электропередачи при этом может быть весьма значительной. Так при =0,2 минимальное значение =0,35 и следовательно, необходимо снижение передаваемой мощности по сравнению с допустимой при нормативном запасе статической устойчивости в нормальном режиме (=0,20) на 11%.

Применение аварийной разгрузки электропередачи при нарушении ее схемы дает возможность работать в нормальном режиме с минимально допустимым для этого режима запасом статической устойчивости и вместе с тем обеспечить сохранение необходимого запаса в послеаварийном режиме, то есть выполнить требование «равнопрочности» электропередачи по условиям статической устойчивости.

Обозначим через α значение разгрузки, отнесенное к пределу статической устойчивости в нормальном режиме :

. (7.3)

Необходимые значения разгрузки в зависимости от и определяются выражением:

. (7.4)

Увеличение допустимого значения передаваемой мощности в исходном нормальном режиме, которое может быть достигнуто применением аварийной разгрузки, определяется (при =0,20 и =0,08) выражением:

, (7.5)

где - допустимое значение передаваемой мощности при отсутствии разгрузки.

При значениях =0,2; 0,3; 0,4 и 0,5 передаваемая мощность может быть повышена (по сравнению с допустимой при отсутствии разгрузки) соответственно на 12,5; 28,6; 50 и 80%. Необходимые для этого размеры разгрузки α составляют соответственно: 0,093; 0,185; 0,278 и 0,37.

Автоматика аварийной разгрузки является необходимым условием обеспечения параллельной работы по нескольким связям при рациональном использовании их пропускной способности.

Рассмотрим в качестве примера параллельную работу энергосистемы мощностью Р_ном по одной-двум межсистемным связям с мощным энергообъединением.

Примем, что амплитуда нерегулярных колебаний обменной мощности Р практически не зависит от количества связей, отключение одной из двух связей не изменяет предела статической устойчивости оставшейся в работе связи и этот предел практически не изменяется при разгрузке электропередачи.

Нормативный запас статической устойчивости в нормальном режиме

, (7.6)

где допустимое значение передаваемой мощности при =0,20. Отсюда:

. (7.7)

При наличии одной связи с и (что соответствует Р_ном≈5000МВт) допустимое значение передаваемой мощности=0,066 Р_ном, т.е. 66%.

Определим теперь допустимое значение обменной мощности при вводе в работу второй такой же связи, исходя из требования сохранить параллельную работу при аварийном отключении одной из связей.

По аналогии с предыдущим при выполнении этого требования

,

что составляет только 37% двух связей.

Применение аварийной разгрузки при отключении одной из связей позволяет увеличить передаваемую мощность до 0,15Р_ном; необходимый размер разгрузки составляет 0,076Р_ном, что соответствует α=0,38.

Достигаемая применением разгрузки «равнопрочность» межсистемных связей по условиям статической устойчивости в нормальном и послеаварийном режимах обеспечивает максимальное использование пропускной способности этих связей, для которых требования динамической устойчивости, как правило, являются менее существенными.

В сложных энергообъединениях использование пропускной способности межсистемных связей с нормативными запасами устойчивости в нормальном режиме при отсутствии ПА создает опасность значительного развития аварии.