Підвищення динамічної стійкості енергосистеми за допомогою електричного гальмування генераторів

В

Нині особлива увага приділяється реформуванню ЄЕС України з орієнтацією на вирішення проблеми її синхронної роботи з енергосистемами інших країн. Все більш значущими стають рішення щодо підвищення ефективності і надійності функціонування

енергооб’єднання

в

аварійних режимах, що виникають після різких збурень при коротких замиканнях і комутаційних перемикань електричної частини системи. Одним з таких рішень є застосування електричного гальмування синхронних генераторів на електростанціях. Ефективність такого рішення і можливі шляхи його реалізації розглядаються в даній статті. Загальна характеристика керованого впливу у вигляді електричного гальмування Виникаючі

при

різких

збурення

в

електроенергетичної

системі

(ЕЕС)

перехідні

процеси можуть супроводжуватися випаданням генераторів із синхронізму, виникненням асинхронного ходу, а також, хоча

і

в

вкрай

рідкісних

випадках,

каскадним

розвитком аварії з тяжкими наслідками як для самої ЕЕС, так і для електроспоживачів. У зв’язку з цим поряд з удосконаленням

і

поліпшенням

якості

роботи основних засобів

автоматичного регулювання та керування стає необхідним застосування додаткових

керуючих

пристроїв

цілеспрямованого впливу на перехідні процеси в ЕЕС. одним

з

таких

коштів

є

електричне гальмування (ЕТ) синхронних генераторів, під яким

розуміється

цілеспрямоване

підключення навантажувальних

(Гальмівних)

опорів

або

зміна параметрів схеми системи, наприклад, опорів

деяких

заздалегідь

обраних

елементів схеми, що впливають на зміну навантаження генераторів. Зміна зазначених опорів може здійснюватися за допомогою керуючих пристроїв в функції часу t відповідно до будь-яким прийнятим алгоритмом z = ƒ (t) у безперервний спосіб (автоматичне регулювання)

або

стрибкоподібно

від

найменшого

Zmin до найбільшого значень Zmax (Релейне або дискретне управління). До пристроїв з автоматичним регулюванням

можуть

бути

віднесені

джерела

реактивної потужності, відомі під назвою ІРМ, керовані реактори і ін. Ефективність електричного гальмування перш

всього

залежить

від

алгоритмів

управління.

як

і

в будь-яких інших пристроях управління, відповідно до теорії оптимального управління, в пристроях ЕТ повинен бути закладений принцип зворотного зв’язку, який виражається в обліку інформації про поведінку керованого генератора А і приймальні частини В енергосистеми.

необхідно

опосередковано

або

непосредственноконтроліровать

величину

кута

зсуву

ротора

генератора А щодо ротора «еквівалентного» генератора приймальні частини системи В, тобто узагальненого кута

δAB, і реагувати на його зміни. Стало бути, в алгоритми керуючих пристроїв ЕТ доцільно включати безпосередньо або побічно визначається узагальнений кут

δAB і його похідні. Проведені дослідження показують, що використання в алгоритмах управління кута зсуву

δAB і його похідних як в умовах найпростішої, так і складної системи, дозволяє за допомогою ЕТ забезпечувати збереження динамічної стійкості енергосистеми і досить високу якість післяаварійного перехідного процесу. Однак реалізація алгоритмів управління ЕТ, що використовують узагальнені параметри, зустрічає певні труднощі, пов’язані з передачею вимірюваних значень параметрів режиму на великі відстані з відносно високою швидкодією. Саме ця обставина послужила причиною того, що в алгоритмах пристроїв управління ЕТ, а також АРВ сильної дії і швидкодіючого регулювання турбін використовуються

тільки

місцеві

параметри

режиму,

замінні безпосередньо

на

електростанції.

дійсно,

в залежності від структури і режиму конкретної енергосистеми

у

багатьох

випадках

вдається

підібрати

ті

або інші

прийнятні

алгоритми

управління

засобами впливу на ЕЕС з використанням лише станційних параметрів режиму. Однак знайдені алгоритми не завжди забезпечують стійку роботу системи. У ряді випадків може виявитися, що взагалі не вдається підібрати алгоритми управління по місцевим параметрам режиму. Це зовсім не означає, що застосування відповідного засоби впливу на енергосистему неефективне. Це говорить лише про те, що алгоритми упра
вління слід формувати з орієнтацією

на

використання

і

системних

(Узагальнених) параметрів режиму. Таким чином, ці при порівняльної

оцінці

ефективності

застосування різних засобів управління впливами на енергосистему слід виходити з обліку їх повних можливостей, тобто коли в алгоритмах управління використовуються і узагальнені параметри режиму, а самі алгоритми управління повинні бути оптимальними. З теорії оптимального управління відомо, що

для

досягнення

оптимального

перехідного

процесу

під

дією

керуючих

впливів,

обмежених

по

модулю,

необхідно

мати

релейне управління.

отже,

безперервне

або

плавне

регулювання,

якщо

розглядати

його

з

точки зору збереження динамічної стійкості ЕЕС в першому

циклі

хитань

роторів,

але

НЕ

ефективного демпфірування цих хитань, не має істотних переваг перед релейним керуванням. Тому пристрої ЕТ по можливості відразу в момент виникнення короткого замикання (КЗ) повинні миттєво включатися в роботу, надаючи гранично можливе позитивний вплив на ротор генератора А. Отже, дослідження ефективності управління ЕТ з метою поліпшення динамічної стійкості системи можна виконувати з орієнтацією на те, що гальмівні опору підключаються за допомогою швидкодіючого вимикача з гранично малим часом запізнювання. Розглянемо можливі варіанти виконання пристроїв електричного гальмування. Залежно від способу підключення гальмівних опорів до схеми ЕЕС пристрої ЕТ можна віднести до трьох видів: поперечне, поздовжнє і поздовжньо-поперечне. Поперечний електричне гальмування В тих випадках, коли ЕТ здійснюється за допомогою паралельного підключення до електричної схемою

системи

гальмівного

опору

ZT,

в

загальному випадку комплексного, що представляє собою паралельно (рис. 1) або послідовно включене активну

RT і

ємнісне

XT опору,

ЕТ

можна назвати поперечним (ПЕТ). При найбільш небезпечному трифазному КЗ на шинах електростанції,

має

пристрій

ПЕТ,

ефективність останнього проявляється лише в післяаварійний режимі після відключення пошкодженої ділянки з КЗ, так як напруга на

ZT при КЗ близько до нуля. При менш небезпечних збурення дію ПЕТ проявляється вже в аварійному режимі.

Тому,

якщо

вибрати

потужність

пристрою ПЕТ, виходячи з умови збереження динамічної стійкості в першому циклі хитань ротора, викликаного найбільш небезпечним обуренням, то з повною підставою можна вважати, що і при менш небезпечних збурення за допомогою ПЕТ збереження стійкості ЕЕС забезпечується. В силу цього при складанні різних варіантів в якості розрахункового слід розглядати найбільш небезпечне обурення в системі, а саме трифазне на шинах віддаленої електростанції А. Як

показують

проведені

дослідження,

алгоритм

релейного

управління

ПЕТ

повинен

передбачати відключення гальмівного опору не раніше виконання умови

ΔωAB= dδAB/ Dt = 0, тобто після того, як буде встановлено факт припинення зростання кута зсуву

δAB між передавальної і приймальної частинами системи. Виконані розрахунки показують, що можна вибрати

відповідають

релейного

управління

ПЕТ гальмівні опору RT і XT, включенням яких забезпечується збереження динамічної стійкості

генераторів

навіть

з

погіршеними

параметрами генераторів віддаленої електростанції. В

як

швидкодіючих

вимикачів

для здійснення ПЕТ можуть бути застосовані елегазові або вакуумні вимикачі. Так, на Зейської ГЕС знаходить застосування поперечне ЕТ, здійснюване підключенням на генераторное напруга активних гальмівних опорів (резисторів) через елегазові вимикачі.

Однак

використання

пневматичного приводу знижує ефективність застосування ЕТ для

багаторазового

впливу

в

цілях

демпфірування великих хитань роторів генераторів в перехідному

процесі.

проведені

дослідження

ВНІІЕ, МЕІ, СібНІІЕ і іншими організаціями показують, що для демпфірування коливань роторів генераторів доцільно застосування багаторазового ЕТ. Тому для

споруджуваної

Бурейской

ГЕС

для

здійснення багаторазового ЕТ передбачається застосування тиристорних вимикачів, хоча поки такі вимикачі вітчизняною промисловістю не виробляються. В

як

гальмівних

опорів

можна, можливо

використовувати

ніхромові

стрічки,

що

мало

місце

при здійсненні ПЕТ на Братській ГЕС. Більш перспективними,

як

показують

дослідження

і

досвід

застосування ЕТ на Зейської ГЕС, є струмопровідні електротехнічні бетони ( «Бетел») або новий композитний матеріал «ЕКОМ». застосування

ПЕТ

надає

істотне

вплив на межу динамічної стійкості, а також на успішну

ресинхронізацію

і

збереження

результуючої стійкості системи. Тому на споруджується Бурейской ГЕС передбачається застосування ПЕТ з використанням тиристорних вимикачів. Інтерес представляє застосування ПЕТ також на ГЕС Чіф Джозеф в США. Активне гальмівне опір виконано

з

використанням

троса

з

нержавіючої сталі. Гальмівний опір підключається до електричної мережі за допомогою швидкодіючого вакуумного вимикача 230 кВ. Це забезпечує високу швидкодію при виконанні комутаційних операцій при управлінні електричним гальмуванням. Однак не тільки швидкодію вимикачів, а й не меншою мірою алгоритми управління визначають

ефективність

застосування

поперечного

ЕТ. Як уже зазначалося, найбільшу складність представляє задача визначення моменту відключення гальмівного опору, особливо якщо від віддаленої електростанції з ПЕТ відходить декілька ліній електропередачі в різних напрямках. Тому і в даний час триває пошук ефективних способів здійснення ЕТ генераторів в ЕЕС. Зупинимося на розгляді одного з таких способів. Поздовжнє електричне гальмування Гальмівні опору можна включати послідовно в ланцюг статора генератора на час КЗ в ЕЕС.

В

цьому

випадку

ЕТ

називається

поздовжнім електричним гальмуванням (ПрЕТ). Тривалість аварійного режиму змінюється десятими частками секунди, тому від комутаційної апаратури в ланцюзі з опором R потрібно надвисокий швидкодію. Відсутність потужних швидкодіючих вимикачів послужило підставою для розробки схеми, представленої на рис. 2. Послідовно в ланцюг статора включена батарея статичних конденсаторів (БСК), в аварійному режимі шунтіруемой ланцюгом з опором R через іскрові проміжки ІП, які пробиваються внаслідок появи перенапруги на БСК при протіканні через неї струму КЗ. Нормально включений в ланцюг з

опором

R

вимикач

відключається

одночасно

з

відключенням

вимикачів

пошкоджених ліній від дії релейного захисту. Тим самим за допомогою простих засобів забезпечується включення опору R в ланцюг статора на час КЗ. Протягом цього часу відбувається робота генератора на активну гальмівне опір R, внаслідок чого максимальний кут зсуву ротора в першому циклі його хитань не перевищує критичного значення, якщо відповідним чином обрані величини опорів R і Xc. У цьому випадку забезпечується збереження динамічної стійкості ЕЕС. Виконані розрахунки стосовно найпростішою схемою системи показують, що за допомогою ПрЕТ можна забезпечити збереження динамічної стійкості генераторів,

характеризуються

малими

значеннями постійної інерції (капсульних генераторів). ПрЕТ є одноразовим, причому не потрібно телепередача

параметрів

режиму

з

ЕЕС.

Витрати на

пристрій

ПрЕТ

визначаються

витратами,

в

основному, на вимикач в ланцюзі з опором RT, на саме опір, а також витратами на іскрові проміжки і БСК. Область застосування ПрЕТ – на електростанціях з погіршеними параметрами агрегатів (капсульні генератори), на електростанціях, що працюють через далекі ЛЕП. при

визначенні

місць

застосування

ПрЕТ

основним завданням є вибір величин опорів БСК і RT. Це завдання може бути успішно вирішена за допомогою

розроблених

методик,

в

Зокрема, описаних у виданнях «The synthesis of control algorithms of elec

trical

braking

in

power

systems

using

energy

function

approach

12-

th

Power

Systems

Computation

Conference »(Dresden, 1996) і« Аналіз

ефективності

поздовжнього

електричного

гальмування генераторів в енергосистемі »(Рукопис деп. в ВІНІТІ, № 11, 2000). Для демпфірування хитань роторів генераторів в

післяаварійний

режимі

доцільно

застосування

спеціальних

коштів,

наприклад,

АРВ

сильного дії,

а

також

багаторазового

електричного гальмування. Поздовжньо-поперечне електричне гальмування

такий

вид

ЕТ

представляє

собою

< p> комбінацію двох вище розглянутих: поздовжнього і поперечного

(скорочено

позначається

ПрПЕТ).

схема

електропередачі

з

пристроєм

ПрПЕТ

представлена

на рис. 3. Застосування ПрПЕТ дає найбільшу ефективність, оскільки гальмування ротора генератора в аварійному

і

початку

післяаварійного

режимах

здійснюється з максимальною інтенсивністю. В

момент

виникнення

КЗ

поблизу

розглянутої електростанції, віддаленої від приймальні частини ЕЕС, при спрацьовуванні іскрових проміжків або розрядників паралельно з БСК в ланцюг статора включається активне гальмівне опір R, через яке проходить

частина

струму

КЗ.

розсіюється

опором

R частина надлишкової кінетичної енергії ротора, що накопичується їм протягом КЗ, відбивається на зменшенні величини кута вибігу і швидкості відносного руху ротора до моменту часу відключення КЗ (tКЗ). У початковій стадії післяаварійного перехідного режиму (t ≥ tКЗ) Відбувається розрив ланцюга з опором R через деионизации ІП або відключення вимикача

ВR і

включається

вимикач

ВT,

то

тобто вступає в роботу ПЕТ. підключається

паралельно

до

обмотки

ланцюга ормозное

опір

RT через

вимикач

ВT сприяє

збільшення

відбору

потужності

з

вала ротора генератора і його загальмування. внаслідок

цього

зріст

кута

зсуву

ротора

δ припиняється при значенні

δmax менше критичного

δкр, і тим самим

забезпечується

збереження

динамічної

стійкості

генераторів

навіть

з

малої

постійної інерції, що становить секунду і менше. Основну функцію збереження динамічної стійкості

виконує

ПрЕТ.

застосування

ПЕТ

обумовлюється

в

більшої

міру

необхідністю демпфірування хитань ротора і скороченням часу загасання перехідного процесу в ЕЕС. В окремих випадках для демпфірування коливань роторів генераторів можуть застосовуватися і керовані

статичні

компенсатори,

встановлювані на

підстанціях

для

регулювання

напруги

в стаціонарних

режимах.

ефективність

такого

заходи досліджена в

виданні «Стабілізація

режиму

енергосистеми

з

допомогою

керованого електричного гальмування »(Изв. РАН, 1996, № 6). Таким

чином,

застосування

електричного гальмування в енергосистемах забезпечує підвищення надійності роботи ЄЕС України при різких збурень

її

режиму,

що

надає

йому

особливої ​​значущості

при

рішенні

актуальною

проблеми об’єднання ЕЕС Сходу і Заходу на синхронну роботу з єдиною частотою, в силу чого воно може отримати більш широке застосування на практиці. Автор: Зеленохат Н.І., докт. техн. наук, МЕІ (ТУ).

Ссылка на основную публикацию