Диссертация (Исследование возможности и разработка способов применения накопителей энергии различного типа для противоаварийного управления при больших возмущениях в энергосистеме)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МЭИ»На правах рукописиЕфремов Дмитрий ГеннадьевичИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ И РАЗРАБОТКА СПОСОБОВПРИМЕНЕНИЯ НАКОПИТЕЛЕЙ ЭНЕРГИИ РАЗЛИЧНОГО ТИПА ДЛЯПРОТИВОАВАРИЙНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРИ БОЛЬШИХВОЗМУЩЕНИЯХ В ЭНЕРГОСИСТЕМЕСпециальность 05.14.02 – «Электростанции иэлектроэнергетические системы»Диссертация на соискание ученой степени кандидататехнических наукНаучный руководитель:доктор технических наук, профессорМаксимов Б.К.Москва – 2018.СодержаниеВведение ........................................................................................................................... 51.Анализ состояния вопроса применения накопителей энергии различного типадля противоаварийного управления.

Обоснование и формулирование цели и задачисследования .................................................................................................................. 131.1.Некоторые положения об обеспечении динамической устойчивости вконкретных условиях ................................................................................................ 131.2.Существующие методы и средства обеспечения устойчивости .............. 161.3.Применение накопителей энергии для цели обеспечения эффективностипротивоаварийного управления при больших возмущениях в энергосистеме .. 20Выводы .......................................................................................................................

272.Исследование возможности применения накопителей энергии различноготипа для решения задачи обеспечения динамической устойчивости генератора прибольших возмущениях .................................................................................................. 292.1.Предложения по применению накопителей энергии как средстваповышения динамической устойчивости ............................................................... 292.2.Определение схемы подключения накопителя энергии в сеть ................

312.3.Структурная схема модели энергосистемы с накопителем энергии ....... 392.4.Описание используемых программных средств и моделей элементов ... 412.5.Выбор параметров накопителей энергии и расчетных условий ............... 572.6.Проведение расчетов на модели энергосистемы с накопителем энергии ианализ результатов расчетов .................................................................................... 60Выводы ....................................................................................................................... 693.Разработка и исследование способа применения маховиковых накопителейдля повышения эффективности противоаварийного управления при большихвозмущениях в энергосистеме .....................................................................................

7023.1.Выбороптимальноготипанакопителяэнергиидляповышенияэффективности противоаварийного управления при больших возмущениях .... 703.2.Общие сведения о параметрах маховикового накопителя ........................ 713.3.Способ применения накопителя энергии для повышения эффективностипротивоаварийного управления при больших возмущениях ............................... 753.4.Структурная схема модели энергосистемы с маховиковым накопителем...........................................................................................................................

783.5.Описание моделей элементов энергосистемы с маховиковым накопителем......................................................................................................................... 813.6.Проведение расчетов на модели энергосистемы с маховиковымнакопителем ............................................................................................................... 88Выводы ..................................................................................................................... 1044.Разработка и исследование способа применения группы накопителей энергиидля повышения эффективности противоаварийного управления при большихвозмущениях ................................................................................................................

1064.1.Способ применения группы накопителей энергии для повышенияэффективности противоаварийного управления при больших возмущениях вэнергосистеме .......................................................................................................... 1064.2.Выбор типов накопителей энергии для использования в составе группыдля повышения эффективности противоаварийного управления при большихвозмущениях ............................................................................................................

1074.3.Расчет оптимальных параметров энергии накопителей на основеоптимизации их стоимости .................................................................................... 1094.4.Структурная схема модели энергосистемы с группой накопителейэнергии и расчетные условия .................................................................................

1184.5.Описание моделей элементов энергосистемы с группой накопителейэнергии различного вида ........................................................................................ 11934.6.Проведение расчетов на модели энергосистемы с группой накопителей ианализ результатов расчета ....................................................................................

1214.7.Разработка рекомендаций по применению накопителей энергии ......... 129Выводы ..................................................................................................................... 129Заключение ..................................................................................................................

131Список литературы ..................................................................................................... 1344ВведениеАктуальность темы исследованияСовременные тенденции развития электроэнергетических систем связаны сширокомасштабным внедрением новых технологий, таких как распределеннаягенерациянабазевозобновляемыхисточниковэнергии(солнечныеэлектростанции, ветрогенераторы и пр.), управляемые (гибкие) системы передачипеременного тока, что способствует вводу новых генерирующей мощностей иснижению экологической нагрузки на окружающую среду от энергетики,появлению новых способов регулирования потоков мощности в энергосистеме. Вто же время, внедрение указанных технологий существенно влияет на изменениединамических характеристик энергосистемы и требует их изучения и учета валгоритмах работы систем автоматического управления (САУ) объектами сети врежиме реального времени.

К таким САУ относится система противоаварийнойавтоматики, одной из задач которой является обеспечение динамическойустойчивости генерирующего оборудования при больших возмущениях. Наиболееопасным большим возмущением, которое может привести к нарушениюдинамической устойчивости, является короткое замыкание.Существующие методы обеспечения динамической устойчивости прибольших возмущениях связаны с необходимостью изменения режима работытурбины энергоблока.

Особенность данных методов состоит в том, что мощностьтурбины невозможно изменить мгновенно из-за необходимости обеспечениянормативных параметров технологического процесса, что увеличивает время вводауправляющего воздействия. Данная особенность в ряде случаев приводит кнеобходимости применения такого нежелательного вида воздействия какотключение генерирующего оборудования для обеспечения динамическойустойчивости.В последние годы активно проводятся исследования в области применениянакопителей энергии в различных областях электроэнергетики. Современныенакопители энергии обладают важным свойством – возможностью практически5мгновенно изменять мощность выдачи или потребления энергии.

Следовательно,привлечение накопителей энергии для задачи обеспечения динамическойустойчивости синхронного генератора электростанции в составе энергосистемы(далее по тексту – генератор) позволит реализовать практически безынерционноеуправляющее воздействие на изменение мощности накопителя энергии, чтоприводит к улучшению условий обеспечения динамической устойчивости ивозможностисохранения динамическойустойчивости без необходимостиотключения генерирующего оборудования.Таким образом, разработка способов применения современных средств,таких как накопители энергии различного типа, для повышения эффективностипротивоаварийного управления при больших возмущениях с учетом особенностейсовременных энергосистем является важной и актуальной задачей.Степень разработанности темыВопросам применения накопителей посвящены труды авторов: Глускин И.З.[1], Якимец И.В.

[1], Илюшин П.В. [2], Наровлянский В.Г. [1], Масалев Д.Ю. [3],Любарский Д.Р. [4], Розанов Ю.К. [5], Астахов Ю.Н. [6], Новиков Н.Л. [7], M. I.Daoud [8], S. Ghosh [9], B. Sun [10], Y. Worku [11] и других. В данных работахисследуются следующие вопросы: выбор параметров сверхпроводниковогоиндуктивного накопителя как средства противоаварийного управления дляповышениястатическойустойчивостиэлектропередачи,использованиенакопителей для демпфирования низкочастотных колебаний, компенсациярезкопеременного режима работы ВИЭ, применение накопителей для обеспечениябесперебойного электроснабжения и устойчивости нагрузки, локализацияаварийного возмущения в сетях постоянного тока выдачи мощности ВИЭ спомощью накопителей энергии.При этом вопросам применения накопителей энергии различного типа, атакже вопросам разработки систем управления ими для цели обеспечениядинамическойустойчивостигенераторовприбольшихвозмущенияхотечественной и иностранной литературе должного внимания не уделено.6вЦель работыЦелью работы является исследование возможности и определение области испособов применениянакопителей энергииразличноготипа длязадачпротивоаварийного управления при больших возмущениях в энергосистеме.Объект исследованияОбъектом исследования являются накопители энергии различного типа(сверхпроводниковыйиндуктивный,маховиковый,суперконденсатор,аккумуляторные батареи большой мощности) в составе энергосистемы и системапротивоаварийной автоматики.Предмет исследованияПредметом исследования является выявление возможности и способовприменения накопителей энергии различного типа для целей противоаварийногоуправления при больших возмущениях в энергосистеме.Задачи работы1.