Динамические свойства и устойчивость транзитных электропередач и автономных энергосистем с новым управляемым силовым оборудованием - Автореферат

Проблемы увеличения пропускной способности системообразующих связей, ограничиваемой по условиям устойчивости и роста потерь в системах, приводящего к снижению эффективности использования мощных линий электропередачи, решаются во всем мире за счет повсеместного внедрения устройств автоматического регулирования возбуждения сильного действия, а также регулируемых устройств компенсации реактивной мощности, таких как статические тиристорные компенсаторы (СТК) и управляемые шунтирующие реакторы (УШР). Сказанное подчеркивает актуальность разработки комплексных методов обоснования необходимости применения устройств управляемой поперечной компенсации (УУПК) для межсистемных транзитных линий электропередачи переменного тока, а также создание новых непротиворечивых законов управления (для АРВ и АРЧМ генераторов, устройств FACTS и т.п.), избирательно воздействующих на опасные для устойчивости составляющие движения, в том числе крутильные колебания валопроводов. Указанные обстоятельства требуют решения проблем анализа динамических свойств автономных электроэнергетических систем (ЭЭС) нефтедобывающих комплексов с преобладающей двигательной нагрузкой, включающих в себя дизельные, газотурбинные и газопоршневые первичные двигатели, и построением алгоритмов управления, адекватных этим свойствам с целью обеспечения статической и динамической устойчивости, а также механической прочности валопроводов агрегатов электрических станций. Цель диссертационной работы заключается в разработке и совершенствовании методов и алгоритмов для решения научно-технической проблемы анализа и выявления особых динамических свойств транзитных электропередач переменного тока и автономных электроэнергетических систем с преобладающей двигательной нагрузкой, а также обеспечения статической и динамической устойчивости их режимов за счет оптимального управления силовым оборудованием и синтеза новых законов регулирования во всем диапазоне возможных режимов в условиях ограничений на варьируемые параметры системы. Для достижения поставленной цели были решены следующие логически связанные задачи 1) разработаны методологические основы анализа собственных динамических свойств транзитных электропередач переменного тока и автономных энергосистем с преобладающей двигательной нагрузкой, доведенные до единого инструментария, пригодного к использованию в инженерной практике;На основе известных опытов натурных испытаний разработаны предложения по совершенствованию полной и упрощенной моделей паровой турбины для расчетов статической и динамической устойчивости ЭЭС, в том числе для оценки эффективности законов управления на основе глобальной системы измерения взаимных углов генераторов, синхронизируемой при помощи спутниковых систем единого времени. Для аналитических исследований и разработки замкнутых законов управления в энергосистемах автором была предложена структура математической модели турбины в виде нелинейного апериодического звена первого порядка: DPT Ts PT = u[t-, x(t - )], (1) где РТ - мощность турбины, u - управляющий сигнал, x - вектор координат системы, Ts = f(du/dt,u) - нелинейная функция, описывающая зависимость постоянной времени модели турбины от скорости изменения и величины сигнала, g(du/dt, u) - время чистого запаздывания при отработке управляющего сигнала. Неудачный выбор законов управления или неточная настройка регуляторов, учитывая большие потенциальные возможности силовой части систем управления, существенным образом влияет на протекание переходных процессов, снижая пределы динамической устойчивости и приводя к непредсказуемому развитию аварий в условиях многократных возмущений. Показано, что с точки зрения колебательной устойчивости в условиях многочастотного движения увеличение по модулю коэффициента регулирования по отклонению напряжению K0up и уменьшение постоянной времени системы регулирования УШР Tp приводит к существенному улучшению качества регулирования только одной из составляющих движения. Система возбуждения генераторов станции адекватно демпфирует послеаварийные качания и вмешательства дополнительного устройства в этот процесс не требуется, а основной задачей, возлагаемой на управляемый реактор является компенсация избыточной зарядной мощности ЛЭП в нормальных режимах работы системы.