Способ автоматического ограничения перетока мощности межсистемной электропередачи

 

Использование: в энергетике, для автоматического ограничения перетока мощности межсистемных электропередач. Сущность: измеряют переток мощности в начале межсистемной электропередачи P_п , определяют уставку перетока P_у , при P_п> P_у изменяют мощность регулирующих электростанций в функции этого отклонения, определяют оптимальное значение перетока по условиям минимальных потерь мощности P_по , при P_п< P_по изменяют напряжение на электропередаче до напряжения U_но , определяемого минимумом потерь мощности, не допуская его снижения ниже , определяемого допустимым уровнем предела статической устойчивости. 1 ил.

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

Известен способ автоматического ограничения перетока, в котором уставка ограничения перетока изменяется в функции режима загрузки других электропередач энергосистемы [1]. При коррекции уставки не учитывается изменение параметров энергосистемы, влияющих на предел статической устойчивости межсистемной электропередачи (МСЭ), по которой производится ограничение перетока, что снижает эффективность использования способа.

Известна также система автоматического ограничения перетока мощности, в которой изменение уставки осуществляется с учетом параметров энергосистемы, влияющих на предел устойчивости МСЭ [2]. Коррекция уставки ограничения производится без учета текущего значения амплитуды нерегулярных колебаний перетока, что снижает надежность работы МСЭ.

В другом известном способе автоматического ограничения перетока уставка ограничения определяется с учетом текущих значений предела статической устойчивости МСЭ и амплитуды нерегулярных колебаний перетока [3]. Предел устойчивости определяется на модели текущего режима энергосистемы, а амплитуда нерегулярных колебаний перетока - по значению среднего квадратичного отклонения перетока, вычисленного по результатам измерений параметров нерегулярных колебаний перетока мощности МСЭ. Формирование уставки производится без учета режимных параметров МСЭ, зависящих от ее нагрузки и величин напряжения в узлах ее примыкания к энергосистемам, что снижает экономичность работы МСЭ. Протекание емкостных токов по элементам МСЭ в режимах малых нагрузок вызывает дополнительные потери активной мощности. Проблема намного усложняется при использовании МСЭ повышенной натуральной мощности. Генерация зарядной мощности таких линий становится соизмеримой с их натуральной мощностью, что усложняет задачу регулирования напряжения и стока реактивной мощности.

Для повышения экономичности и надежности работы МСЭ в режимах пониженных нагрузок требуется автоматическое управление напряжением на ее высоковольтной линии (ВЛ) в функции изменяющегося перетока мощности. На модели текущего режима энергосистемы, учитывающей уровни напряжения в конечных узлах ВЛ, определяют предел статической устойчивости МСЭР_пр. Одновременно измеряют переток мощности в начале линии электропередачи Р_пи по данным замеров определяют текущее значение среднего квадратичного отклонения перетока мощности σ . Затем определяют уставку ограничения перетока Р_у = (Р_пр - 3σ ) /(К_н +1), где К_н - нормативный коэффициент запаса устойчивости электропередачи, и сравнивают величину перетока мощности Р_п с уставкой Р_у. В случае превышения перетоком Р_п уставки ограничения Р_у изменяют мощность регулирующих электростанций (РЭС) в функции полученного отклонения. При этом дополнительно фиксируют снижение перетока Р_п за его оптимальное значение, определяемое минимумом потерь мощности в ВЛ P_по= U²_н·cos, где U_н - напряжение, замеренное в начале ВЛ, ϕ_н - заданный угол сдвига фаз в начале ВЛ, а_н, в_н - коэффициенты потерь активной мощности короткого замыкания и холостого хода ВЛ. При выполнении условия Р_п < Р_поосуществляют изменение напряжения в начале ВЛ до оптимального значения по потерям активной мощности, определяемого выражением U_но= , путем изменения коэффициентов трансформации трансформаторов, связывающих ВЛ с энергосистемами. В процессе изменения напряжения корректируют уставку ограничения по текущим параметрам σ и Р_пр.

На чертеже показана схема осуществления способа автоматического ограничения перетока мощности.

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 от уставки ограничения, 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, трансформатор 12 связи передающей энергосистемы с ВЛ, трансформатор 13 связи приемной энергосистемы с ВЛ, высоковольтную линию 14 электропередачи, автоматический регулятор 15 коэффициента трансформации трансформатора связи, канал 16 телеуправления, измерительный трансформатор 17 напряжения ВЛ, датчик 18 напряжения ВЛ, задатчик 19 коэффициента мощности cosϕ_н, блок 20 определения оптимальной по потерям мощности ВЛ, блок 21 сравнения, задатчик 22 предельно допустимого изменения напряжения в начале ВЛ, блок 23 формирования управляющего воздействия на изменение коэффициента трансформации трансформатора связи, блок 24 определения оптимального по потерям напряжения в начале ВЛ.

Система автоматического ограничения перетока работает следующим образом.

Датчик 1 производит измерение перетока мощности Р_п в 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 подается на вход блока 6 формирования управляющего воздействия на ограничение перетока в соответствии с принятым, например, пропорционально-интегральным законом управления. Блоком 7 это управляющее воздействие распределяется между отдельными РЭС, подключенными к системе ограничения перетока. По данным ряда замеров перетока Р_п в блоке 5 определяется величина среднего квадратичного отклонения перетока σ . Величина предела статической устойчивости электропередачи Р_пр вычисляется в блоке 9, представляющем собой модель текущего режима энергосистемы, учитывающую уровни напряжений в отправном и приемном узлах ВЛ. Значение предела Р_пропределяется в соответствии с текущими величинами перетока Р_п, напряжения в начале ВЛ U_н и другими параметрами режима энергосистемы, от которых зависит величина предела Р_пр. Напряжение в начале ВЛ 14 измеряется трансформатором 17 и фиксируется датчиком 18. Уставка ограничения перетока Р_у определяется по выражению Р_у = (Р_пр - ΔР)/(1 + К_н), где Δ Р = 3 σ - амплитуда нерегулярных колебаний перетока, К_н - нормативный коэффициент запаса устойчивости электропередачи. С помощью блока 4 производится коррекция уставки задатчика 2 в соответствии с текущим значением Р_у, определяемым блоком 8.

Величина оптимального перетока Р_по по условиям минимума потерь активной мощности в ВЛ определяется выражением P_по= U²_н·cosϕ_н , где U_н - напряжение ВЛ, замеренное в ее начале, ϕ_н - заданный угол сдвига фаз в начале ВЛ, ф_н, b_н - коэффициенты активных потерь мощности короткого замыкания и холостого хода ВЛ, получаемые из обобщенных постоянных четырехполюсника, замещающего электропередачу. Текущее значение Р_по вычисляется в блоке 20 по параметрам U_н, ϕ_н и коэффициентам a_н, b_н, вводимым в этот блок заранее. Фазовый угол ϕ_нопределяется заданным режимом ВЛ по реактивной мощности. Текущее значение U_н фиксируется датчиком 18. В блоке 21 производится сравнение оптимальной величины перетока Р_по с его текущим значением Р_п и при выполнении условия Р_п < Р_по вырабатывается разрешающий сигнал, поступающий на вход блока 23, который формирует управляющее воздействие на изменение коэффициента трансформации трансформатора связи 15 для установления оптимальной величины напряжения в начале ВЛ по выражению: U_но= Напряжение U_но определяет минимум потерь активной мощности в ВЛ при текущем значении перетока мощности Р_п. Угол сдвига фаз ϕ_н в начале ВЛ должен быть опережающим для создания режима выдачи реактивной мощности в конце линии. Параметр cosϕ_н является заданной величиной, которая определяется требуемым режимом ВЛ по передаче реактивной мощности. Вычисленное значение U_но поступает на вход блока 23, в котором производится сравнение с предельно допустимым минимальным значением U'_но, определяемым допустимым изменением предела устойчивости при снижении напряжения U_н в начале ВЛ. При соблюдении условия U_но > U'_но и наличии разрешающего сигнала от блока 21 в блоке 23 вырабатывается управляющее воздействие на изменение коэффициента трансформации трансформатора связи 12. Автоматический регулятор 15 переключает ответвления обмотки трансформатора 12 в соответствии с управляющим воздействием блока 23, благодаря чему в начале линии 14 устанавливается оптимальное напряжение U_но. От регулятора 15 по каналу телеуправления 16 передается сигнал на регулятор 15 трансформатора 13, соединяющего ВЛ с шинами 11 приемной энергосистемы. При этом производится согласованное переключение ответвлений обмотки трансформатора 13 с учетом режима работы приемной энергосистемы. Снижение напряжения на ВЛ ограничивается задатчиком 22. При выполнении условия U_но ≅ U'_но на выходе блока 23 появляется фиксированное управляющее воздействие, соответствующее напряжению U'_но, определяемому с учетом ограничения по изменению предела устойчивости Р_пр.

Осуществление способа автоматического ограничения перетока мощности позволяет существенно снизить потери активной мощности в ВЛ в режиме сниженной нагрузки электропередачи. Кроме того, частично или полностью снимается проблема компенсации избыточной емкостной мощности, генерируемой ВЛ в этом режиме. Уставка ограничения перетока мощности корректируется в зависимости от текущего значения параметров σ и Р_пр, что повышает надежность работы электропередачи во всем диапазоне ее нагрузок.

Формула изобретения

СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО ОГРАНИЧЕНИЯ ПЕРЕТОКА МОЩНОСТИ МЕЖСИСТЕМНОЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ, согласно которому определяют на модели текущего режима энергосистемы, учитывающей величины напряжений в конечных узлах высоковольтной линии, предел статической устойчивости электропередачи P_пр, измеряют значение перетока мощности в начале линии электропередачи P_п, по данным замеров перетока определяют текущее значение среднего квадратичного отклонения перетока мощности σ , затем определяют уставку ограничения перетока P_у = (P_пp - 3σ) / (K_н + 1), где K_н - нормативный коэффициент запаса устойчивости электропередачи, сравнивают величину перетока P_п с уставкой ограничения P_у и в случае превышения перетоком P_п уставки P_у изменяют мощность регулирующих электростанций в функции полученного отклонения, отличающийся тем, что дополнительно фиксируют снижение перетока P_п за его оптимальное значение, определяемое минимумом потерь мощности в высоковольтной линии электропередачи P_по= U²_нcosϕ_н- ,
где U_н - напряжение, замеренное в начале линии;
ϕ_н - заданный угол сдвига фаз в начале линии;
a_н, b_н - коэффициенты потерь активной мощности короткого замыкания и холостого хода линии,
при выполнении условия P_п < P_по осуществляют изменение напряжения в начале линии до оптимального значения по потерям активной мощности, определяемого выражением
U_но = · ,
путем изменения коэффициентов трансформации трансформаторов, связывающих высоковольтную линию с энергосистемами, при этом в процессе изменения напряжения корректируют уставку ограничения по текущим параметрам P_пp и σ , а напряжение U_но ограничивают минимально допустимым значением U¹_но , определяемым допустимым уровнем предела статической устойчивости P_пр.

РИСУНКИ

Рисунок 1