СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТОТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИЗОЛИРОВАННОЙ ЭНЕРГОСИСТЕМЫ Российский патент 2015 года по МПК G01R23/00 

Область техники

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано для определения частотной характеристики изолированной энергосистемы ограниченной мощности.

Уровень техники

Частотная характеристика энергосистемы Δf=F(ΔP) используется при различных расчетах установившихся и переходных режимов энергосистемы. Особенно существенно влияние частотной характеристики на процессы в изолированных энергосистемах ограниченной мощности, где мощность отдельного энергоблока может составлять более 10 процентов от мощности энергосистемы, а уровень случайных отклонений нагрузки более 5 процентов от мощности нагрузки.

Известен способ определения частотной характеристики энергосистемы, который заключается в том, что при внезапных отключениях нагруженного энергоблока, что эквивалентно мгновенному увеличению нагрузки энергосистемы, определяют отклонение частоты и отношение отклонения частоты к мощности отключаемого энергоблока $$\frac{\Delta f}{\Delta P}$$ . Таким образом была определена эта характеристика для целого ряда энергосистем [1].

Недостаток этого способа заключается в том, что аварийные отключения энергоблоков часто сопровождаются побочными событиями, а экспериментальное отключение нагруженного энергоблока нежелательно. Кроме того, определяется не вся характеристика Δf=F(ΔP), а лишь отдельные точки этой характеристики.

Технический результат (цель) изобретения

Предлагаемый способ позволяет получить полную частотную характеристику изолированной энергосистемы ограниченной мощности.

Раскрытие изобретения

Частотная характеристика энергосистемы определяется на основе сопоставления статистических характеристик случайных колебаний нагрузки и частоты изолированной энергосистемы. Случайные (нерегулярные) колебания активной мощности нагрузки - это случайный процесс, который в установившихся режимах можно рассматривать как гауссовский стационарный случайный процесс [2].

Для пояснения физического смысла используемой терминологии на фигуре приведен условный процесс случайных колебаний мощности нагрузки энергосистемы ΔP относительно среднего значения на временном интервале T. Горизонтальные линии ΔP_i соответствуют различным уровням отклонения нагрузки от среднего значения в процессе случайных колебаний. Отмечены точки пересечения этих уровней с кривой ΔP(t) при изменении процесса «снизу вверх». Каждому уровню отклонения мощности ΔP_i соответствует определенное число пересечений n_i за единицу времени. Так, уровню ΔP₁ соответствует n₁=7/T, уровню ΔP_i - n_i=2/T, уровню ΔP_k - n_k=1/T. Для длительного интервала измерений, например в течение года, может быть построена монотонная функция n=F₁(ΔP), где n определяет число пересечений в единицу времени, например в час, некоторого уровня колебаний ΔP. Также определяется значение n₀ - интенсивность флуктуации случайных колебаний - как среднее за единицу времени число пересечений «снизу вверх» кривой ΔP(t) уровня, равного математическому ожиданию M(ΔP). В приведенном на фигуре условном примере n₀=6/T.

Случайные колебания мощности нагрузки в изолированной энергосистеме обуславливают соответствующие колебания частоты Δf, которые описываются аналогичной зависимостью n=F₂(Δf). Здесь n_i определяется как число пересечений в единицу времени уровня Δf_i с кривой Δf(t) за время измерений T при изменении процесса «сверху вниз».

Связь между значениями ΔP_i и Δf_i определяется частотной характеристикой энергосистемы. Зная функции n=F₁(ΔP) и n=F₂(Δf) и сопоставляя значения ΔP_i и Δf_i для каждого значения n_i, можно определить искомую частотную характеристику энергосистемы Δf=F(ΔP).

Применительно к изолированной энергосистеме с использованием непосредственных измерений можно получить только характеристику n=F₂(Δf). Поэтому предлагается способ определения частотной характеристики изолированной энергосистемы, заключающийся в следующей последовательности операций.

1. Выполняются замеры частоты и статистическая обработка этих замеров по аналогии с экспериментальными исследованиями случайных колебаний мощности на слабых межсистемных связях [2]. В результате измерений получают массив значений Δf - случайных отклонений частоты от среднего значения. Задаваясь набором значений (уровней) Δf_i из диапазона измеренных значений, определяют среднее за единицу времени число пересечений n_i кривой Δf(t) заданного уровня Δf_i. Здесь n_i учитывается только при изменении значений Δf в направлении «сверху вниз». В результате измерений получают зависимость n=F₂(Δf). Определяется также значение интенсивности флуктуации случайных колебаний n₀ как среднее за единицу времени число пересечений «сверху вниз» кривой Δf(t) уровня, равного математическому ожиданию M(Δf).

2. Расчетным путем определяется зависимость n=F₁(ΔP) для случайных отклонений мощности нагрузки в энергосистеме от среднего значения. По известной формуле [3] определяется зависимость от величины ΔP среднего за единицу времени числа пересечений n «снизу вверх» кривой ΔP(t) заданных уровней отклонения мощности нагрузки ΔP:

где σ - среднеквадратичное отклонение ΔP относительно математического ожидания M(ΔP);

n₀ - интенсивность флуктуации случайных колебаний, определяется в результате измерений Δf.

Для определения постоянной σ можно воспользоваться значением ΔP, соответствующим временному интервалу T один год (365 дней), которое определяется по формуле для оценки амплитуды нерегулярных колебаний мощности на слабой межсистемной связи [4]:

где P₁, P₂ - мощности нагрузки энергосистем, объединенных межсистемной связью.

При отсутствии автоматического регулирования перетока мощности в сечении и при P₁<<P₂ выражение преобразуется:

где P_н - мощность нагрузки изолированной энергосистемы ограниченной мощности, МВт. Из формулы (1) следует:

Зная n₀ (в час^-1) и определив ΔP₃₆₅ по формуле (2) для среднего периода 1 год (для n=1/(365*24) час^-1], можно определить постоянную σ и вычислить весь массив ΔP(n) с использованием формулы (1).

3. Характеристики n=F₁(ΔP) и n=F₂(Δf) связаны единым процессом случайных колебаний нагрузки энергосистемы, поэтому каждому значению n_i соответствуют значения Δf_i и ΔP_i. По соотношению $$\frac{\Delta f_i}{\Delta P_i}$$ и определяется искомая частотная характеристика энергосистемы во всем диапазоне значений ΔP, определенных случайными колебаниями мощности нагрузки.

Осуществление изобретения

Для реализации предлагаемого способа необходимо проведение длительных измерений частоты. Для статистической обработки результатов измерений используется известная методика - определение отклонений частоты от среднего значения и распределение значений отклонений, превышающих значение Δf, по степени вероятности (частости) их появления. Эта операция аналогична той, которая неоднократно использовалась для статистической обработки результатов измерений нерегулярных колебаний мощности на слабых межсистемных связях [2].

Предлагаемый способ в настоящее время можно использовать лишь применительно к изолированным энергосистемам. Однако, получив опыт на примере этих энергосистем, возможно, в дальнейшем удастся упростить (существенно ускорить) экспериментальную часть и распространить с известным огрублением способ и на отдельные части энергообъединения, которые могут выделяться в аварийных ситуациях.

Источники информации

1. С.А. Совалов. Режимы единой энергосистемы. М.: «Энергоатомиздат», 1983.

2. В.Ф. Тимченко. Колебания нагрузки и обменной мощности энергосистем, «Энергия», М., 1975.

3. Е.В. Булинская. О среднем числе пересечений некоторого уровня гауссовским процессом. «Теория вероятностей и ее применения» - 1961. - Т.6. - Вып.4. - С.474-477.

4. Правила определения максимально допустимых и аварийно допустимых перетоков активной мощности в контролируемых сечениях диспетчерского центра ОАО «СО ЕЭС». СТО 59012820.27.010.001-2013.

Изобретение относится к электроэнергетике для определения частотной характеристики изолированной энергосистемы. На основании измерений частоты энергосистемы определяют зависимость среднего числа пересечений уровней отклонения частоты в единицу времени от значений уровней этих отклонений, и по расчетным формулам определяют зависимость среднего числа пересечений уровней отклонений мощности нагрузки в единицу времени от величины отклонений мощности нагрузки. Приравнивая друг другу полученные зависимости, получают частотную характеристику энергосистемы. Технический результат заключается в получение полной частотной характеристики изолированной энергосистемы ограниченной мощности. 1 ил.

Способ определения частотной характеристики изолированной энергосистемы ограниченной мощности, не имеющей связи с крупным энергообъединением, заключающийся в том, что на основании измерений частоты энергосистемы определяют зависимость среднего числа пересечений уровней отклонения частоты в единицу времени от значений уровней этих отклонений, и по расчетным формулам определяют зависимость среднего числа пересечений уровней отклонений мощности нагрузки в единицу времени от величины отклонений мощности нагрузки, и, приравнивая друг другу полученные зависимости, получают частотную характеристику энергосистемы.