Автореферат (Управление нагрузкой на напряжении 0,4 кВ при действии автоматической частотной разгрузки в энергосистеме)

На правах рукописиГиёев Борбад МирзоевичУПРАВЛЕНИЕ НАГРУЗКОЙ НА НАПРЯЖЕНИИ 0,4 кВ ПРИ ДЕЙСТВИИАВТОМАТИЧЕСКОЙ ЧАСТОТНОЙ РАЗГРУЗКИ В ЭНЕРГОСИСТЕМЕСпециальность: 05.14.02«Электрические станции и электроэнергетические системы»АВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква – 20183ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальностьтемы исследования. Одним из фундаментальных свойствобъединенных энергосистем (ОЭС) и их систем управления является иерархичность.Контроль и управление, соответственно, базируются на иерархии технических средстврелейной защиты (РЗ), противоаварийной автоматики (ПА), средств диспетчерского итехнологического управления в сетях 6-10 кВ и выше.Система автоматической частотной разгрузки (АЧР) и специальная автоматикаограничения нагрузки (САОН), как подсистемы ПА, реализуют свои противоаварийныебалансирующие воздействия в сети 6-10 кВ и выше. Реализация балансирующих отключенийпредусматривает отключение нагрузки на напряжении 6-10 кВ, что вызывает ущербпотребителям, больше всего в энергорайонах с возможностями возникновение глубокого идлительного дефицита мощности.

Работа АЧР на напряжении 6-10 кВ исключает детальныйучет степени ответственности отдельных потребителей 0,4 кВ. При этом не удаетсясохранить на отключаемых фидерах хотя бы небольшую часть более приоритетной группынагрузок, особенно в сетях электроснабжения городов и сельского хозяйства по социальнымфакторам, уровням ответственности и наибольшим экономическим ущербом.Установка АЧР непосредственно в узлах нагрузки требует серьезных затрат ивызывает дополнительные затруднения при эксплуатации. В настоящее время назреланеобходимость постепенного перевода балансирующих отключений на напряжение 0,4 кВ, сучетом интеграции существующих технических средств РЗ и автоматизированной системыконтроля и учета электроэнергии (АСКУЭ) для реализации селективного отключениянагрузки даже при системных авариях.Этими факторами определяется актуальность темы настоящей работы, в которойисследуется способ селективного ограничения нагрузки по командам АЧР на напряжении 0,4кВ с обеспечением требуемого быстродействия в части предотвращения лавины частоты и свозможностью сохранения в работе 10-20 % мощности нагрузки каждого управляемого отАЧР фидера.Степень разработанности.

В теории и практике релейной защиты и автоматики (РЗА)для удовлетворения требований минимизации ущерба и детального учета приоритетностиэлектроприемников при их аварийном отключении известна еще в 1970-х годоврекомендация по установке устройств АЧР непосредственно у потребителей [РабиновичР.С.].Разработчиками Американского университета в Шарджи был предложен способограничения нагрузкимодифицированнымисчетчикамиэлектроэнергии путемпредварительной автоматической отправки SMS-сообщений с предупреждением опревышении лимита электропотребления и с последующим отключением нагрузки безнеобходимости учета быстродействия.

Подобный подход рассматривался также в работахученых из Китая и Швеции.Компанией «ПАРМА» разработано устройство АЧР-0,4 кВ. Однако применение егонепосредственно у потребителей имеет ряд ограничений, связанных с потерей контроля состороны энергосистемы.Прототипом рассматриваемой темы исследований является работа «Автоматическоеограничение нагрузки в силовой распределительной сети» (Земцов А. А. Арцишевский Я.Л.).Вклад в разработку теории и практики противоаварийного управления вэнергосистемах внесли отечественные инженеры и ученые Веников В.А., Овчаренко Н.И.,Рабинович Р.С., Зейлидзон Е.

Д., Соловьев И.И., Стернинсон Л. Д., Брухис Г. Л., ИофьевБ.И., Семенов В.А., Беркович М.А., Гладышев В.А., Глускин И.З., Дроздов А.Д., ПавловГ.М., Меркурьев Г.В., Сацук Е.И., Илюшин П.В. и другие. В последнее время проблемыотключения нагрузки исследуются в работах Института систем энергетики им. Л.А.Мелентьева СО РАН под руководством члена-корреспондента РАН д.т.н., проф. ВоропаяН.И.4Однако до сих пор не решена научно-техническая задача совершенствования АЧР сучетом селективного учета приоритетности нагрузки и современных требованийэлектроснабжения на напряжении 0,4 кВ.Объектом исследования диссертационной работы является энергосистема скомплексом устройств РЗА и АЧР.Предметом исследования является способ управления нагрузкой при реализациикоманд АЧР с действием на напряжение 6-10 и 0,4 кВ в системах электроснабжениягородской и сельскохозяйственной нагрузки.Целью диссертационной работы является разработка нового способа селективногоотключения нагрузки на напряжении 0,4 кВ по командам АЧР с учетом степениответственности потребителей, что позволяет минимизировать ущерб при отключениях.Задачи исследования.

Для достижения поставленной цели в работе решаютсяследующие задачи:1. Обзор, анализ и сравнение существующих способов и средств РЗА, включая ПА,обоснование актуальности разработки нового способа отключения нагрузки по командамАЧР на напряжении 0,4 кВ.2. Разработка нового способа передачи команд АЧР на напряжении 0,4 кВ сподтверждением его работоспособности на математической модели, реализующей процессотключения нагрузки при работе АЧР.3.

Разработка методики расчета уставок команд АЧР по времени в каналах передачии приема при проектировании и расчете АЧР с использованием разработанного способа.4. Разработка научно-обоснованных технических требований и рекомендаций поприменению разработанного способа и интеграции систем и технологии адаптации АЧР иАСКУЭ для реализации команд АЧР и ЧАПВ.Научная новизна работы заключается в следующем:1. Разработан способ реализации команд АЧР на 0,4 кВ с использованиемкратковременного прерывания рабочего напряжения заданной длительности, формируемой вцикле отключения-включения (О-В) силового выключателя 6-10 кВ с подтверждениемдостоверности и обоснованности на математической модели.2.Разработана методика расчета и выбора уставок по времени в каналеформирования, передачи и приема команды АЧР с учетом собственного времени работысилового выключателя и влияния двигательной нагрузки.3.

Разработан способ повышения адаптивности АЧР с учетом переменного уровняответственности отдельных электроприемников и реализации команд ЧАПВ путеминтеграции функционирования АЧР и программно-технического комплекса АСКУЭ.Практическая значимость.1. Способ передачи в сеть 0,4 кВ команды АЧР без использования дополнительныхтехнических средств имеет практическую значимость, заключающуюся в повышениинадежности электроснабжения ответственных потребителей.2. Разработана методика выбора уставок по времени в канале передачи команд АЧРдля отключения нагрузки на напряжении 0,4 кВ при проектировании АЧР.3. Разработанны научно-обоснованные технические требования и рекомендации пореализации АЧР и ЧАПВ на 0,4 кВ в распределенных интеллектуальныхмикроэнергосистемах.4.

Результаты исследования внедрены в учебный процесс на кафедре «РЗ и АЭ»Национального исследовательского Университета «Московский энергетический институт» икафедре «Электроснабжение» Таджикского технического Университета им. М.С. Осими, атакже в Институте энергетики Таджикистана при изучении курса «Автоматикаэнергосистем».Методы исследования. При решении задач в работе применялись методы системногоанализа, теоретических основ релейной защиты и автоматики, математическогомоделирования электромеханических переходных процессов. При выполнении работы5использовались пакет Mathcad и лицензированный программно-вычислительный комплексрасчета электромагнитных и электромеханических переходных процессов PSCAD.Основные положения, выносимые на защиту:1.

Способ отключения нагрузки с реализацией команды АЧР и ЧАПВ на напряжении0,4 кВ путем интеграции существующих устройства релейной защиты, ПА и АСКУЭ.2. Методика выбора уставок по времени для расчета и проектирования АЧР сиспользованием разработанного способа;3. Научно-обоснованные технические требования и рекомендации по созданию имодернизации следующих устройств и их технологии для перевода реализации функцииАЧР на 0,4 кВ:- микропроцессорное устройство релейной защиты и автоматики фидера 10 кВ сдополнительными функциями контроля спада тока в фазах;- модифицированный счетчик в составе комплекса АСКУЭ с алгоритмом отключениянагрузки при приеме команды-прерывания напряжения;- внесение дополнительных функций в программное обеспечение АСКУЭ приполучении команд от устройства АЧР с целью реализации функции ЧАПВ нагрузки сиспользованием мобильной GSM-сети связи и PLC технологии, а также функции контроляфактической мощности нагрузки с учетом динамического изменения списка отключаемыхпотребителей 0,4 кВ.Соответствие паспорту специальности.Согласно формуле специальности 05.14.02 – Электрические станции иэлектроэнергетические системы, данная диссертация посвящена вопросам «Развития исовершенствования теоретической и технической базы электроэнергетики с цельюобеспечения экономичного и надежного производства электроэнергии, её транспортировки иснабжения потребителей электроэнергией в необходимом для потребителей количестве итребуемого качества».

Научные положения, отраженные в диссертации, соответствуютобластям исследования специальности 05.14.02 – Электрические станции иэлектроэнергетические системы. В частности к:пункту-6 - «Разработка методов математического и физического моделирования вэлектроэнергетике» относится созданная программная модель в среде PSCAD энергорайона свозможностью возникновения дефицита мощности, а также программа и методикаисследования процессов возникновения дефицита и работы устройств АЧР с использованиемтрадиционного и нового способа, а кпункту-9 - «Разработка методов анализа и синтеза систем автоматическогорегулирования, противоаварийной автоматики и релейной защиты в электроэнергетике»относится разработка методика расчета временных уставок передатчика и приемника командс учетом полного времени отключения и включения силового выключателя 6-6-10 кВ (сразбросами) и учёт влияния выбега и самозапуска двигательной нагрузки.Достоверность результатов диссертационной работы обеспечивается корректнымиспользованием математического аппарата, соответствием данных аналитических расчетов ирезультатов полученных путем моделирования, применением апробированных известныминаучно-исследовательскимиорганизациямимоделирующихкомплексовPSCAD,обсуждением полученных основных результатов в рамках российских и международныхконференций при участие автора, а также дискуссий по опубликованным статьям.

Авториспользовал графические зависимости величин и структурно иллюстрирующие образы.Личный вклад соискателя. Основная идея и актуальность темы диссертациибазируется на работах автора при преподавании предметов в области релейной защиты иавтоматики в Таджикском Техническом университете им. академика М.С. Осими, привыполнении работ научно-практического характера при разработке устройстваавтоматического запуска агрегатов бесперебойного питания для особо ответственныхэлектроприемников, а также при постановке цели и задач исследования, определении путейих решения, разработке программа и методика экспериментов и компьютерной модели, при6проведении экспериментов в среде программного комплекса PSCAD, при анализе,обобщении, получении научных результатов и выводов по работе.