Способ координированного противоаварийного управления энергосистемой при небалансах мощности Советский патент 1992 года по МПК H02J3/24 

производит разгрузку энергосистем - отключение или разгрузку генераторов при возникновении избытка мощности в энергосистеме или отключение нагрузки при дефиците мощности. Выбор уставок противоаварийной автоматики (объема и мест выполнения разгрузки энергосистемы) осуществляется с учетом тяжести возмущения, текущих режимов и схем района ПАУ (подсистемы), в котором возник небаланс мощности, однако этот небаланс может привести к перегрузке связей и сечений, не входящих в район ПАУ, и даже нарушению их устойчивости. Поэтому при выборе разгрузки энергосистем ориентируются на наихудшие условия (максимально-допустимые режимы) электропередач, узлов и целых ОЭС, не входящих в район ПАУ.

Известны способы противоаварийного управления, которые осуществляют автоматическую корректировку настройки устройств ПА отдельных районов ОЭС с помощью координирующих систем ПА (КСПА) по условиям предаварийного режима работы районов, не входящих в данный район ПАУ. КСПА предназначена для уменьшения объема разгрузки энергосистемы в зависимости от режима основных сечений, предшествующего возникновению небаланса мощности. При достаточном запасе пропускной способности сечения КСПА формирует команды снижения разгрузки энергосистем на одну или несколько ступеней, которые изменяют подготовленные местной ПА команды на разгрузку энергосистем, причем таким образом, что ни одно из сечений энергосистемы не перегружается.

Действие способа-прототипа ПАУ для энергосистемы цепочечной структуры, состоящей из N подсистем 1, 2N связанных сечениями 1-2, 2-3 (N - 1) - N

заключается в следующем: циклически в заданной подсистеме 1(1 1,2N) измеряют

возможный при возникновении аварии небаланс мощности, при котором требуется сохранение устойчивости энергосистемы, измеряют текущие перетоки мощности по сечениям, определяют запасы пропускной способности каждого сечения в зависимости от допустимых и текущих перетоков мощности, мощностей подсистем, соединяемых контролируемыми сечениями, их коэффициентов крутизны статических характеристик по частоте, приводят эти запасы к месту контроля ожидаемого небаланса, выбирают наименьший приведенный запас пропускной способности сечений, вычисляют и запоминают до конца следующего цикла необходимый объем разгрузки

энергосистемы как разность между возможным небалансом мощности в случае аварии и величиной минимума приведенного запаса пропускной способности сечений в текущем режиме, фиксируют возникновение небаланса мощности и реализуют запомненный объем разгрузки в месте небаланса, т.е. в той подсистеме, где возник небаланс мощности.

0 Недостаток способа-прототипа ПАУ заключается в том, что разгрузка энергосистем при аварийном небалансе мощности производится только в подсистеме, в которой возник небаланс, что приводит к отклю5 чению большой доли нагрузки или генерации в этой подсистеме, для чего приходится отключать ответственных потребителей при аварийном дефиците или генераторы на ТЭС (кроме ГЭС)с нарушени0 ем их технологии и затруднением восстановления нормального режима.

Цель изобретения - уменьшение ущерба управления за счет распределения необходимого объема разгрузки между

5 несколькими подсистемами.

Поставленная цель достигается в известном способе противоаварийного управления энергосистемой, согласно которому циклически измеряют и контролируют неба0 ланс мощности, перетоки мощности по сечениям, определяют запасы пропускной способности сечений, выбирают минимальный приведенный к месту небаланса запас пропускной способности сечений и опреде5 ляют суммарный объем разгрузки энергосистемы, тем, что дополнительно задают желаемое распределение суммарного объема разгрузки между подсистемами, ограниченными наиболее загруженным сечением,

0 определяют допустимые по условиям устойчивости объемы разгрузки для каждой из этих подсистем и групп подсистем и, сравнивая допустимые объемы разгрузки с желаемыми разгрузками, выбирают из их

5 наименьшую разгрузку для каждой из подсистем, кроме той подсистемы, где контролируют небаланс, обеспечивая тем самым устойчивость по всем сечениям и сохраняя наиболее близкое к желаемому (заданному)

0 распределение разгрузки между подсистемами, в той подсистеме, где контролируют небаланс мощности, разгрузку вычисляют как разность между суммарным объемом и суммой разгрузок всех остальных подси5 стем, и при возникновении небаланса мощности реализацию разгрузки осуществляют в подсистемах в объемах, выбранных и запомненных в предыдущем цикле.

Сущность изобретения показана для энергосистемы, схема которой приведена

на фиг. 1. Энергосистема состоит из N подсистем 1. 2N, соединенных сечениями

1-2, 2-3(N - 1) - N. При возникновении

небаланса мощности в 1-й подсистеме Рнеб противоаварийная автоматика (ПА) осуще- ствляет разгрузку энергосистемы таким образом, чтобы эта разгрузка была минимальна и ни одно из сечений энергосистемы не перегрузилось и не нарушилась устойчивость энергосистемы. В этой энер- госистеме циклически измеряют и контролируют параметры режима подсистем и сечений, на основании которых циклически формируют и запоминают объем разгрузки отдельных подсистем, который реализуют при возникновении небаланса мощности в 1-й подсистеме.

Предлагаемый способ ПАУ включает в себя следующие действия, выполняемые циклически: „

-измеряют и запоминают возможный в текущем режиме небаланс мощности в заданной 1-й подсистеме Рнеб (i 1,2N) и

переток мощности - (k + 1) по всем контролируемым сечениям k - (k + 1) {k 1, 2

N - 1), где - (k + 1) - переток в сторону места небаланса при дефицитном и от места небаланса при избыточном характере контролируемого небаланса;

-рассчитывают имеющиеся в текущем режиме запасы пропускной способности сечений k - (k + 1), приведенные к месту небаланса. Рзап - (k +1) по следующей формуле:

(к+1) Рдоп(к-(к + О (к+О

Ок-(к + 1)

;

5 . 10 15

20

25

30

35

1

Рн1«Кп (к-Н) k a: I,

2 РнгКл i 1

(2а)

где PHI - суммарная нагрузка подсистемы I, Кп - коэффициент крутизны статической характеристики активной мощности по частоте подсистемы I, определенный заранее расчетным или опытным путем:

- выбирают наименьший приведенный к месту небаланса запас пропускной способности сечений Pmin. Пусть, например, он имеет место в сечении j - () + 1). т.е. Pmin

(l + 1):

-вычисляют и запоминают до конца следующего цикла суммарный объем разгрузки энергосистемы, необходимый для сохранения устойчивости энергосистемы при возникновении небаланса

Рр Рнеб - Pmin(3)

-распределяют суммарный объем разгрузки между подсистемами, ограниченными наиболее загруженным сечением J - 0 +1). по заданному правилу Рржелт и с учетом технических ограничений, например, пропорционально суммарным нагрузкам подсистем Рнт, при этом

р- Р v Hm

г ржелт - гр X

ZP

нт

т

- вычисляют поочередно объем разгрузки для каждой из подсистем т, начиная от наиболее удаленных от места небаланса подсистем в соответствии с формулой:

0)

где Рдоп k - (k + i) - допустимый переток по сечению k - (к + 1} в направлении, соответствующем знаку контролируемого небалан.- са.

- {k + 1) - коэффициент приведения запаса пропускной способности сечения k- (k + 1) к подсистеме i равен доле небаланса мощности, воспринимаемого сечением k-(k + 1), и определяется по формуле

|) Pxi Kfi Црnpnk 1-1

Е PHI

Кп

I 1

Ррт {( - (г + 1) - Рнеб + Рр)«

40 -Dfir - (г + 1) - 2 Ppnfc т г Рржелт}; (4) п

где т / i

т 1,2I-1.J.J-1i-И для Ј I

m-N, N- 11 + 1, j + 1, J + 2i- 1

45

при т i г т, т + 1i -1; п 0, 1т 1 для J i

, + 1т-1 для j i

m-1.m-2I; n j + 1, jт + 1

50 Для J i

n N + 1,N, N-1т + 1для.| I.

В этой формуле последовательно вычисляют для каждого т, поочередно просматривая сечения г - (г + 1) от m - (m + 1) до (I -1) 55 i для m i и от (m -1) - m до i - (i + 1) для m u

( - (г + 1) - Рнеб + Рр) - (г + 1)

- допустимую по условиям устойчивости по сечению г-(г + 1) суммарную разгрузку подсистем от 1 до г при г I или подсистем от N до г + 1 при г I;

X Ррп-сумму уже выбранных объемов

п

разгрузки подсистем от 1 или j до m - 1 или от m + 1 до j или N;

( - (г + 1} - Рнеб + Pp) - (г + 1) - Ј

п

Ррп - суммарную допустимую по устойчивости сечения г-(г+ 1) разгрузку подсистем от m до г при m I и от г + 1 до m при m I;

От , г -.функцию распределения суммарной разгрузки, допустимой по условиям устойчивости, между группами подсистем от m до г для m I и от г + 1 до m для m i, которая задается по любому закону, например, либо пропорционально мощностям нагрузки подсистем Рцт, либо пропорционально заданным (желаемым) разгрузкам Рржелт, либо равномерно между подсистемами:

Р ит . - Р ржелт .

Cm,г «т.г

X Риг

t m

s р

ржел1

« или а« т(1ГгИ)-:()

( (г + 1) - PneGI + Рр) D г - (г + 1) 2j Рп т , г п

-допустимый объем разгрузки подсистемы m по условиям запаса пропускной способности сечения г - (г + 1).

Разгрузку подсистемы m выбирают минимальной из допустимых по условиям устойчивости для каждого сечения г - (г + 1) и желаемой.

Разгрузку 1-й подсистемы вычисляют как разность суммарной разгрузки и разгрузки всех остальных подсистем, обеспечивая суммарный объем разгрузки

РР РР -1 ppm : (5)

m m

В случае необходимости задания дискретных значений разгрузки подсистем осуществляют аппроксимацию в сторону уменьшения объема разгрузки для всех подсистем, кроме 1-й, и в сторону увеличения объема разгрузки для i-й подсистемы, не уменьшая суммарный объем разгрузки,

-фиксируют возникновение небаланса мощности в 1-й подсистеме и реализуют выбранные в предшествующем режиме (цикле расчета) объемы разгрузки в подсистемах.

Выбор объема разгрузки подсистем энергосистемы раднально-цепочечной

структуры осуществляется таким же образом, как и для энергосистемы цепочечной структуры: вычисляется поочередно объем разгрузки каждой из подсистемы, кроме 1-й,

по формуле (4), начиная от наиболее удаленных от места небаланса подсистем каждого луча радиально-цепочечной схемы, причем последовательность выбора лучей может быть произвольной.

0 Отличие предлагаемого способа ПАУ заключается в изменении мест и объемов разгрузки подсистем в зависимости от возникающих небалансов мощности и текущих режимов энергосистемы.

5 Сопоставительный анализ предлагаемого технического решения с известными не выявил известных решений, содержащих признаки, идентичные или эквивалентные отличительным признакам предлагаемого

0 решения. Поэтому можно сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию существенные отличия.

Реализация способа возможна с помощью устройства, блок-схема которого

5 приведена на фиг. 2. Устройство состоит из блоков 4-8 и работает следующим образом: измеренные и преобразованные с помощью датчиков мощности (ДМ) 4 текущие перетоки мощности по контролируемым се0 чениям и небалансы мощности передаются в вычислительное устройство, в качестве которого может быть любая универсальная ЭВМ, (ВУ) 5, которое вычисляет в каждом цикле приведенный запас пропускной спо5 собиости каждого сечения Рзап, минимум приведенного запаса Pmin, наиболее загруженное сечение j - (j + 1), суммарный объем разгрузки энергосистемы Рр, объемы разгрузки каждой из подсистем Ррт в соответ0 ствии с запасами пропускной способности сечений, величиной суммарной разгрузки и законом распределения разгрузки между подсистемами по формулам (1-5), вычисленные величины разгрузки в каждом цикле

5 передаются и запоминаются в устройство автоматического запоминания дозировки управляющих воздействий (АЗД) 6 и при срабатывании пусковых органов (ПО) 7, фиксирующих возникновение небаланса в i-й

0 подсистеме, на исполнительные органы

(ИО) 8 в различных подсистемах передаются

команды на выполнение соответствующих

отключений генераторов или нагрузок.

В предложенном способе противоава5 рийного управления при небалансах мощности в энергосистеме разгрузка энергосистемы (балансировка) - отключение генераторов при избыточном характере или отключение нагрузки при дефицитном характере небаланса мощности в энергосистеме производится максимально равномерно между подсистемами. Тем самым можно избежать излишнего отключения ответственных потребителей или по мере возможности отключать гидрогенераторы вместо турбогенераторов, снижается ущерб от управляющих воздействий и повышается надежность энергосистем.

В качестве конкретного выполнения данного способа рассмотрим систему про- тивоаварийной автоматики для схемы энергосистемы, состоящей из N 5 подсистем и сечений 1-2. 2-3, 3-4, 4-5 с равными мощностями нагрузки подсистем Рнт. В подсистеме I 2. возникает дефицит мощности (отключение блоков ЭС или разделение с энергосистемой). Задача комплекса ПАУ определить необходимые величины отключения нагрузки (САОН) в отдельных частях энергосистемы.

Существующая система сбора телеинформации передает текущие перетоки Р|ысй и величину возможного небаланса Рнеб2. Комплекс координирующей ПА в каждом цикле расчета подготавливает необходимые управляющие воздействия, вычисляя и запоминая величину отключения нагрузки в каждой подсистеме. При возникновении небаланса мощности соответствующим исполнительным органом передаются команды на выполнение соответствующих отключений нагрузок.

Рассмотрим один цикл расчета

Рне62 600 МВт

В соответствии с (1) определяется запас пропускной способности во всех сечениях 1-2,2-3,3-4,4-5.

При равных коэффициентах крутизны статических характеристик активной мощности по частоте kf и равных мощностях нагрузки подсистем в соответствии с (2) и (2а)

5Рн1 0,2 ;

2 PHI I 1

В12-з -Рн3- +Рн5 -0.6;

Рн1

I 1

D3 4 -bf±PH5 0,4 ;

Рн

-5)

Рм5

0,2,

I 1

Рн

Пусть приведенные запасы пропускной способности сечений в МВт:

1200; 500; 1000;Р3ап 4-5 200;

Определяется минимум запаса и наиболее загруженное сечение

mlnPaan Рзап4-5 200 МВт

сечение j - Q + 1) 4-5.

Суммарная разгрузка энергосистемы (3)

Рр Рне62 - Рмин 600 - 200 400 МВт

Желаемое распределение разгрузки между подсистемами пропорционально мощностям нагрузки энергосистем и равно:

для опасного сечения 4-5, m 1, 2, 3, 4

ржелт

Рг

Рнт 4004 100 МВт.

m 1

Поочередно вычисляется объем разгрузки для подсистем, находящихся по обе стороны от небаланса - 1. затем 4 и 3 в соответствии с (4):

m I, m 1, r 1, п 0

- (г + 1)1 1200; РНеб2 - Рр

200:ai,i 1:2 Ррп о:

п Рр1 (Рзап1-2 - Рне62 + Рр) Di2 - 2

.i : РРжел1} (1200-200 0.2.1; 100} mln(200; 100) 100 МВт

m I, m 4, m 3

Для m 4. n 5 г поочередно 3 и 2 r 3,

1000; Рнеб2 - Рр 200

0.4

. 2 РРп 0(п 5)

п

«4,3 1 - разгрузка может быть только в подсистеме 4. Поэтому .

( - Рнеб2 + Рр) - 2

Ррпа4,з (1000-200 0,4х 1 320 МВт Для г 2 г+ 1 3

500; - 0,6 2 РРП О,

п

«4,2 0,5 - допустимая в сечении 2-3 разгрузка должна быть распределена между подсистемами 3 и 4 поровну (пропорционально их мощностям нагрузки)

(Рзапр-З - Рнеб2 + Рр) D{2-3 2 .2 (500 - 200) 0,,5 - 90 МВт

РР4 min {320; 90; 100} - 90 МВт:

Ближайшая равная или меньшая ступень разгрузки РР4 80 МВт Для m 3, п 4, г 2

2 Ррп Рр4 80;о: з,2 1-допустимая

п

разгрузка по сечению 2-3 за вычетом разгрузки подсистемы 4 ( 2 Ррп Рр4) должна

быть реализована в подсистеме 3

( - Рнеб2 + Рр) - Рр4 «3,2 (500 - 200)ХО,6 - 100 МВт

PP3 min{100; 100} 100 ближайшая ступень разгрузки в подсистеме ЗРРз ЮОМВт

Таким образом,

РР1 + РРз + РР4 100 + 100 + 80 280 МВт

РР2 400 - 280 120 МВт, или две ступени САОН

50 и 70 МВт

РР2 120МВт

Таким образом, в предлагаемом способе ПАУ суммарная разгрузка 420 МВт распределена между подсистемами 1,2,3,4 как 100,120,100 и 80 МВт, составляет в каждой подсистеме 20-30% суммарного объема разгрузки и существенно повышает надежность системы в целом.

Формула изобретения

Способ координированного противо- аварийного управления энергосистемой при небалансах мощности, в котором для энергосистемы цепочечной структуры, состоящей из N подсистем, связанных сечениями 1-2, ... (N - 1) - N, в предаварийном режиме циклически измеряют ожидаемый небаланс Рнеб в заданной i-й подсистеме.

где 1 1,2N, в каждом цикле измеряют

перетоки мощности - (k i-1) по всем сечениям между смежными k и k + 1 подсистемами, вычисляют запасы пропускной способности по этим сечениям, приведенные к месту контроля ожидаемого небаланса по формуле

-(к+1)

Рдрп(к-(к+О -Q-M) (к+1)

.

где Рдопр - (k + 1) - допустимый переток мощности по сечению k - (k + 1) в направлении, соответствующем знаку контролируемого небаланса;

- (k + 1) - коэффициент приведения запаса пропускной способности сечения k - (k + 1) к подсистеме i, где контролируют ожидаемый небаланс, вычисляемый по формуле

$

Kfi

0

I 1

(к + 1) -БГnpnk 1-1.;

Kfi

I PH.1

Ј PHII 1

(K-H) -КГ11

Kfi

2 PHI-Kf|

I 1

при k I j

25

30

где PHi - суммарная нагрузка подсистемы I;

Kfi - коэффициент крутизны статической

характеристики мощности по частоте по ° дсистемы I, определенный заранее расчетным или опытным путем, затем выбирают наименьший приведенный запас пропускной способности, соответствующий сечению J - О н Я. ПРИ этом РМин

0 РзапЦ - О +1). и запоминают необходимый для сохранения устойчивости суммарный объем разгрузки Рр Рнеб - Рмин, фиксируют возникновение аварийного небаланса и производят разгрузку в объеме, рассчитанном в предыдущем цикле расчета, от л ича ющи- й с я тем, что, с целью уменьшения ущерба, в предаварийном режиме задают желаемое распределение суммарного объема разгрузки между подсистемами m - Рржел т, затем

вычисляют и запоминают объем разгрузки для каждой из m подсистем по формуле

Ррт - г +1) - Рн1б + Рр) (r+1)-2) .r I Рржел.т}; п

где т 1,2I- 1;j, j-1l + 1 для и

т

m N, N- 1i + 1, j + 1.J + 2i- 1

для I и

при т i, r т, т + 1i -1; n 0, 1,..., m 1 для j i; n J, j + 1,..., m -1 для j i; m I,

,rn-2l;n j + 1,jт-Идля i;

n N + 1,N, N-1т +

( - (г + 1) - Рнеб + Pp) - (г + 1)

допустимая по условиям устойчивости по сечению г - (г + 1) суммарная разгрузка подсистем 1, 2г при г I или подсистем N,

N-1г-)- 1 при г I;

2 Ррп сумма объемов разгрузки п

п

подсистем;

ат,г -заданнаяфункцияраспределе- ния разгрузки, допустимой по устойчивости для групп подсистем от m до г для m 1, и от г + 1 до m для m I;

для m I объем разгрузки вычисляют по формуле

Ppi PP - 2 pPm; m /

n

запоминают и при возникновении аварийного небаланса производят разгрузку во

, Р/2, Р23. / 2 3

И

11 юн т

всех подсистемах т, включая т I, в объемах, рассчитанных в предыдущем цикле расчета.

г

/ w н

to&l