СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО ОГРАНИЧЕНИЯ ПЕРЕТОКА МОЩНОСТИ МЕЖСИСТЕМНОЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ Российский патент 1994 года по МПК H02J3/06 

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для автоматического ограничения перетока активной мощности межсистемной электропередачи.

Известен способ автоматического ограничения перетока, согласно которому уставка ограничения перетока изменяется в функции режима загрузки ряда контролируемых электропередач [1].

В этом способе производится коррекция уставки с условием недопустимости перегрузки других электропередач, входящих в ОЭС, но при этом не учитывается изменение параметров энергосистемы, определяющих предел статической устойчивости электропередачи P_пр, что снижает эффективность использования способа [1].

Известно устройство автоматического ограничения перетока мощности, в котором осуществляется изменение уставки ограничения перетока с учетом изменения параметров энергосистемы, влияющих на предел устойчивости Р_пр[2].

Недостатком устройства является отсутствие учета текущего значения амплитуды нерегулярных колебаний перетока при определении величины суммарного запаса устойчивости электропередачи, что снижает надежность ее работы.

Известно также устройство автоматического ограничения перетока мощности, в котором при определении величины суммарного запаса устойчивости учитывается текущее значение амплитуды нерегулярных колебаний перетока [3].

К недостаткам устройства следует отнести ограниченность режимов электропередачи.

Цель изобретения - оптимизация режима ВЛ в условиях переменной загрузки.

Для получения технического результата необходимо осуществление ряда технологических операций по ограничению перетока мощности и регулированию стока реактивной мощности электропередачи.

На модели текущего режима энергосистемы определяют предел статической устойчивости электропередачи Р_пр. Производят измерение величины перетока мощности Р_п и по данным замеров определяют амплитуду нерегулярных колебаний перетока ΔР. Затем вычисляют уставку ограничения перетока Р_у по выражению P_у= , где К_н - коэффициент запаса статической устойчивости.

Сравнивают величину перетока Р_п с уставкой Р_у и при выполнении условия Р_п>Р_у изменяют мощность регулирующих электростанций в функции величины превышения перетока Р_п уставки Р_у. Определяют текущее значение реактивной мощности Q, генерируемой высоковольтной линией, по выражению Q_т=(P_п²/P_н-Р_н) sinλ , где Р_н - натуральная мощность линии; λ - волновая длина линии, сравнивают мощность Q_т с заданным значением Q и при выполнении условия Q_т>Q осуществляют изменение напряжения на линии U_л по закону
U_л= , где λ - волновое сопротивление линии, путем изменения коэффициентов трансформации трансформаторов линии. Затем корректируют уставку ограничения перетока по текущим значениям параметров Р_пр и Δ Р.

Таким образом, все операции способа направлены на создание такого режима напряжения U_л при текущем значении перетока мощности Р_п, который бы обеспечил заданный уровень генерации реактивной мощности Q. Эта мощность может полезно использоваться в энергосистемах, которые соединяет линия. Если заданная мощность Q равна нулю, то переток мощности Р_п должен быть равен натуральной мощности линии Р_н (режим самокомпенсации линии).

Рассмотрим вопросы потерь реактивной мощности в линии.

Потери реактивной мощности в индуктивности линии Q_i, отнесенные к передаваемой мощности S, равны:
Q_i/S= 3I²x/3U_фI= 3IU_фx= Sx/Р_нZ_в=S ˙ sin λ /P_н, где S=3U_фI - полная мощность линии; P_н=3U_ф²/Z_в - натуральная мощность линии; Z_В= - волновое сопротивление линии; х - индуктивное сопротивление линии; b - емкостная проводимость линии, λ = α_o l - волновая длина линии; l - длина линии; α_o = 0,06-0,065 град/км.

Относительная емкостная мощность, генерируемая линией, равна
Q_c/S=3U_ф²b ˙P_н/S ˙P_н=Z_в ˙b ˙P_н/S=P_н sin λ /S.

Относительная реактивная мощность линии
(Q_i-Q_c)/S=(S/P_н-Р_н/S) sin λ . (1)
Относительная реактивная мощность быстро увеличивается с ростом отношения S/P_н.

Генерируемая (потребляемая) мощность линии может быть записана в виде
Q=Q_i-Q_c=(S²/P_н-Р_н)sin λ . (2)
Реактивная мощность линии определяется величиной Q, поэтому, подставляя в уравнение (2) S=P_п (Р_п - величина перетока мощности линии) будем иметь
Q=(P_п²/P_н-Р_н)sin λ . (3)
Если величина мощности Q задана, то можно получить значение натуральной мощности линии Р_н, при которой обеспечивается заданный режим по реактивной мощности.

Разрешая уравнение (3) относительно Р_н получаем квадратное уравнение (при Q<0)
P_н²-QP_н/sin λ -P_п²= 0,
решение которого дает
P_н= + . (4)
Подставляя в (4) значение натуральной мощности P_н= U2л

/ Z_в и решая уравнение относительно напряжения U_л, получаем
U_л= . (5)
Таким образом, для конкретной волновой длины линии λ и заданного значения мощности Q, которое должна генерировать (потреблять) линия, получаем закон регулирования напряжения линии в зависимости от текущего значения перетока мощности Р_п.

Величина предела статической устойчивости электропередачи Р_пропределяется квадратом напряжения на линии и быстро снижается при уменьшении этого напряжения. Принудительное снижение напряжения, осуществляемое с целью ограничения стока емкостей мощности в энергосистемы, приводит к снижению отстройки перетока активной мощности от предела устойчивости (абсолютной величины запаса устойчивости). Коэффициент запаса по активной мощности электропередачи определяется выражением:
K_p= (P_пр- Δ Р-Р_п)/Р_п, (6) где Δ Р=3 σ - амплитуда нерегулярных колебаний перетока; σ - среднее квадратичное отклонение перетока; Р_п - величина перетока активной мощности.

При одновременном снижении перетока Р_п и предела устойчивости Р_прможно получить значение К_р, равное нормативной величине К_р=0,2 для режима, при котором отстройка перетока, определяемая равенством Р_от=Р_пр- Δ Р-Р_п, будет находиться на низком уровне. Поэтому при глубоком снижении напряжения U_л, вызывающем значительное изменение предела Р_пр, следует контролировать уровень отстройки Р_от (МВт). Снижение отстройки не должно уходить за уровень заданного значения Р_от.з. Устойчивость не должна нарушаться при нерегулярных колебаниях перетока с амплитудой ΔР, которая определяется мощностью меньшей из соединяемых энергосистем.

Приращение перетока ΔР_т, вызываемое указанными расчетными возмущениями и амплитуда колебаний ΔР, зависят от схемно-режимных условий энергосистемы, которые меняются в течение суток, определяются временем года, особенностью дня (рабочий или выходной день). При общем спаде нагрузки в ОЭС разгружаются электропередачи, уменьшается значение Δ Р и в ряде случаев величина расчетного нормативного возмущения и соответствующее ему приращение перетока Δ Р_п. В условиях общего спада нагрузки повышается резервы ОЭС на компенсацию небаланса мощности.

Кроме того, следует учитывать, что предел передаваемой мощности по сечению всегда меньше суммы пределов по отдельным линиям. Значительное снижение предела по одной линии (недопустимое при изолированной ее работе) может не оказать существенного влияния на предел устойчивости всего сечения.

Учитывая изложенное можно сделать вывод о необходимости введения параметра Рот.з - минимально допустимого значения отстройки перетока от предела устойчивости Р_пр, которое определяется рядом отмеченных выше факторов. Величина отстройки Р_от.з, учитывающей текущие значения параметров Δ Р, Δ Р_п, и нормативный запас статической устойчивости в послеаварийном режиме должен соответствовать предел устойчивости Р' _пр(минимально допустимое значение). Отсюда определяется величина минимально допустимого напряжения на линии
U′л

= . (7)
Напряжение на линии U_лф не должно выходить за предельное значение U_л', т.е. следует выполнять условие U_лф ≥ U_л'.

На модели текущего режима энергосистемы определяется величина предела статической устойчивости электропередачи Р_пр. При соблюдении условия Р_пр ≅ Р_пр' дальнейшее снижение напряжения на линии должно быть прекращено.

Таким образом, контроль допустимости режима электропередачи при снижении напряжения на линии может осуществляться по текущей величине предела Р_пр (Р_пр ≥ Р_пр') или напряжения (U_лф ≥ U _л').

Вслед за изменением напряжения на линии должна изменяться (корректироваться) уставка ограничения перетока Р_у, определяема выражением
Р_у=(Р_пр- Δ Р)/(K_н+1), (8) где К_н - нормативный коэффициент запаса статической устойчивости.

Среднее квадратичное отклонение перетока σ , по значению которого вычисляется амплитуда нерегулярных колебаний Δ Р=3 σ , определяется по замерам перетока мощности Р_п на определенном временном интервале. Предел устойчивости Р_пр находится на модели текущего режима энергосистемы. Принудительное снижение напряжения на линии, производимое в функции замеренного значения перетока Р_п вызывает снижение предела Р_пр. При выполнении условия Р_пр ≅ Рпр' напряжение фиксируется на уровне U_л' определяемом выражением (7).

Если произойдет увеличение перетока Рп по отношению к уставке Ру, то будет выработано управляющее воздействие на ограничение перетока путем изменения мощности регулирующих электростанций (РЭС) приемной энергосистемы. Приращение перетока по отношению к исходному уровню вызывает к действию второй канал управления режимом электропередачи - канал регулирования напряжения на линии в соответствии с выражением (5). Управляющее воздействие этого канала передается на систему АРКТ трансформаторов линии.

На чертеже показана схема осуществления способа автоматического ограничения перетока.

Схема содержит датчик 1 величины перетока мощности, задатчик 2 уставки ограничения перетока, элемент 3 сравнения величины перетока с уставкой, блок 4 коррекции уставки, блок 5 определения среднего квадратичного отклонения перетока мощности, блок 6 формирования управляющего воздействия на ограничение перетока, блок 7 распределения управляющего воздействия между отдельными РЭС, блок 8 определения уставки ограничения, блок 9 определения предела статической устойчивости электропередачи, шины 10 передающей энергосистемы, шины 11 приемной энергосистемы, силовой трансформатор связи 12 энергосистемы с высоковольтной линией 13, автоматический регулятор 14 коэффициента трансформации трансформатора, измерительный трансформатор 15, датчик 16 напряжения на ВЛ, задатчик 17 реактивной мощности генерируемой ВЛ, блок 18 определения текущего значения реактивной мощности, генерируемой ВЛ, элемент 19 сравнения, блок 20 определения напряжения ВЛ, клапан 21, блок 22 определения предельного напряжения ВЛ, блок 23 формирования управляющего воздействия на изменение напряжения ВЛ.

Система автоматического ограничения перетока работает следующим образом.

Датчик 1 производит измерение перетока мощности Р_п ВЛ, величина которого сравнивается в элементе 3 с заданным значением (уставкой ограничения перетока), которое выдает задатчик 2. Отклонение перетока от заданного значения с элемента 3 поступает на вход блока 6 формирования управляющего воздействия на ограничение перетока мощности в соответствии с принятым, например, пропорционально-интегрально-дифференциальным законом управления. Блоком 7 это управляющее воздействие распределяется между отдельными РЭС, подключенными к системе ограничения перетока.

В блоке 5 определяется величина среднего квадратичного отклонения перетока σ по ряду замеров перетока на заданном временном интервале. Величина предела статической устойчивости Р_пр вычисляется в блоке 9, представляющем собой модель текущего режима энергосистемы. Значение предела Р_пр вычисляется в соответствии с текущим значением перетока Рп и напряжением на линии. Напряжение на ВЛ измеряется трансформатором 15 и фиксируется датчиком 16. По текущим параметрам σ , Р_пр и заданным значениям коэффициента К_н в блоке 8 определяется уставка ограничения по выражению Р_у=(Р_пр- Δ Р)/(К_н+1), где Δ Р=3 σ .

С помощью блока 4 производится коррекция уставки задатчика 2 в соответствии с текущим значением Р_у, определяемым блоком 8. В блоке 18 определяется текущее значение мощности Q_т, генерируемой В_л по выражению Q_т= (Р_п²/Р_н-Р_н)sin λ , по величине замеренного перетока мощности Р_п и напряжения на ВЛ U_лф.

Величина Q_т сравнивается в элементе 19 с заданной мощностью Q, которую должна генерировать ВЛ. При выполнении условия Q_т>Q элемент 19 вырабатывает разрешающее воздействие, которое поступает на вход клапана 21. В блоке 22 определяется напряжение U_л' по выражению (7) и сравнивается с фактическим напряжением на ВЛ U_лф. При выполнении условия U_лф>U_л' блок 22 вырабатывает разрешающее воздействие, поступающее на второй вход клапана 21. В блоке 20 производится вычисление требуемого напряжения на ВЛ U_л с использованием выражения (5).

Полученное значение напряжения U_л с выхода блока 20 поступает на вход блока 23 при условии, что от элемента 19 и блока 22 поступает разрешающие воздействия на ключ 21. В соответствии с информацией о величине напряжения U_л в блоке 23 формируется управляющее воздействие на изменение напряжения на ВЛ. Это воздействие воспринимается автоматическими регуляторами 14, осуществляющими изменение коэффициентов трансформации силовых трансформаторов 12. При этом ВЛ 13 получает требуемое напряжение U_л. Снижение напряжения на ВЛ ограничивается блоком 22 при выполнении условия U_лф ≅ Uл', в этом случае напряжение на выходе ключа 21 фиксируется на уровне значения U_л'.

Ограничитель перетока может вступить в работу при любом уровне загрузки ВЛ, если будет выполнено условие Р_п>Р_у. Однако увеличение перетока Р_п вызовет повышение напряжения U_л, вычисляемое блоком 20. Это приведет к повышению фактического напряжения на ВЛ U_лф и соответствующему увеличению предела устойчивости Р_пр. Последнее приведет к изменению (повышению) уставки ограничения перетока Р_у. Здесь будут функционировать два канала управления: на изменение мощности РЭС и на изменение напряжения ВЛ. Динамики процесса будет определяться быстродействием каждого канала.

Осуществление способа автоматического ограничения перетока мощности позволяет обеспечить заданный режим генерации реактивной мощности ВЛ (сток реактивной мощности в энергосистемы) при соответствующем регулировании (ограничении) перетока активной мощности. Реализация способа дает основание для частичного или полного отказа от применения реакторов, поглощающих избыточную емкостную мощность ВЛ, что приносит большой экономический эффект.

Использование: к электроэнергетике, для автоматического ограничения перетока мощности межсистемной электропередачи. Напряжение на высоковольтной линии (ВЛ) электропередачи изменяют в функции величины перетока активной мощности и заданного значения стока реактивной мощности ВЛ в приемную и передаюущую энергосистемы. Изменение напряжения на ВЛ осуществляют путем регулирования коэффициента трансформации трансформаторов связи ВЛ с энергосистемами. При изменении параметров режима ВЛ производят коррекцию уставки ограничения перетока в соответствии с текущими величинами этих параметров. 1 ил.

СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО ОГРАНИЧЕНИЯ ПЕРЕТОКА МОЩНОСТИ МЕЖСИСТЕМНОЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ, согласно которому определяют по текущему режиму энергосистемы предел статической устойчивости электропередачи P_пр, измеряют переток мощности P_п в течение заданного интервала времени, по данным замеров определяют амплитуду нерегулярных колебаний перетока Δ P , определяют установку ограничения перетока P_у по выражению
P_у=(P_пp-Δ P) / (K_н+1) ,
где K_н - нормативный коэффициент запаса статической устойчивости электропередачи,
сравнивают величину перетока P_п с уставкой P_у и при выполнении условия P_п > P_у изменяют мощность регулирующих электростанций в функции отклонения перетока от уставки, отличающийся тем, что дополнительно определяют величину реактивной мощности Q_т, генерируемой высоковольтной линией электропередачи, по выражению
Q_Т= - P sinλ,
где P_н - натуральная мощность линии;
λ - волновая длина линии,
сравнивают мощность Q_т с заданным значением реактивной мощности Q, определяемым потребностям энергосистемы, и при выполнении условия Q_т > Q осуществляют изменение напряжения на линии U_л по закону
U_л= ,
где Z_в - волновое сопротивление линии,
путем изменения коэффициентов трансформации трансформаторов линии, вычисляют минимально допустимое напряжение на линии U_л' , соответствующее минимально допустимому значению предела статической устойчивости P_пр' по выражению
U= ,
сравнивают напряжение на линии U_л и U_л' и при выполнении условия U_л ≅ U_л'прекращают регулирование напряжения на линии и устанавливают его равным U_л' , по текущим измеренным значениям P_пp и Δ P непрерывно корректируют уставку ограничения перетока P_у.