Оценка влияния распределенных источников электрической энергии на режимы работы электроэнергетической системы
| Вид материала | Документы |
- Программа подготовки: Электроэнергетические системы и сети, их режимы, устойчивость,, 145.75kb.
- Программа подготовки: Электроэнергетические системы и сети, их режимы, устойчивость,, 150.43kb.
- Программа подготовки: Электроэнергетические системы и сети, их режимы, устойчивость,, 165.36kb.
- Электрические цепи постоянного тока, 1039.6kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины "применение ЭВМ в электроэнергетике" Цикл, 191.64kb.
- Программа вступительных испытаний для поступающих в магистратуру по направлению 140400, 76.55kb.
- Реализуются пилотные проекты по апробации Автоматизированной системы учета и контроля, 184.27kb.
- Физическая модель электроэнергетической системы, 50.59kb.
- Приказ от 17 апреля 2000 года n 32/28/28/276/75/54 Об утверждении Концепции построения, 1590.1kb.
- Постановления Правительства Российской Федерации от 31 августа 2006 г. N 529 "О совершенствовании, 20.18kb.
УДК 621.311.24 (06)
оценка влияния распределенных источников электрической энергии на режимы работы электроэнергетической системы
А.Ю. Никишин, Э. Харцвельд*
FH Stralsund, 18435, Stralsund, Schwedenchanze 15, Edgar.Harzfeld@fh-stralsund.de
Предлагается метод оценки влияния распределенных источников электрической энергии на режимы работы электроэнергетической системы. При этом особое внимание было уделено исследованию режимов и оценке влияния на них ветроэлектростанций.
распределенные источники, ветроустановка, ВЭУ, электроэнергетическая система
Распределенные источники электрической энергии: ветроэлектростанции (ВЭС), биоэлектростанции, малые гидроэлектростанции и тепловые электростанции небольшой мощности, подключенные в узлах электроэнергетической системы (ЭЭС), оказывают существенное влияние на режимы её работы. При этом ввод в ЭЭС новых источников электрической энергии, таких как ВЭУ со своими специфическими свойствами, создает новое множество её потенциально возможных рабочих, аварийных и послеаварийных режимов [1]. Оценка влияния распределенных источников на множество режимов ЭЭС возможна с использованием разработанной методики, при этом особое внимание в работе было уделено исследованию режимов и оценке влияния на них ВЭС. В качестве объекта исследования была выбрана ЭЭС, электрическая схема которой приведена на рис. 1.
Рис. 1. Схема расчетной электроэнергетической системы
Энергоснабжение ЭЭС осуществляется по межсистемным связям 330 кВ и трем ЛЭП 110 кВ. Распределенными источниками являются: ТЭЦ-2, ТЭЦ-9, ГРЭС-2 и ВЭС 50 МВт с ВЭУ на базе асинхронных генераторов двойного питания. Множество режимов работы ЭЭС можно представить в виде блок-схемы, показанной на рис. 2.
Рис. 2. Множество режимов работы электроэнергетической системы:
ZН – множество нормальных рабочих режимов ЭЭС; ZА1 – множество аварийных рабочих режимов ЭЭС; ZА2 – множество аварийных рабочих режимов ЭЭС, в которых энергоснабжение потребителей ограничено; ZР – полная потеря энергоснабжения потребителей, развал ЭЭС; ZП – послеаварийные режимы работы ЭЭС
Даже небольшая системная авария может при дальнейшем развитии привести к существенному ухудшению параметров режима и даже полному развалу ЭЭС. В работе [1] показано, что путем своевременных оперативных переключений возможен перевод системы из одного аварийного режима в другой, обеспечивающий лучшие условия работы всех потребителей системы или их части, и даже переход в один из нормальных рабочих режимов.
Для описания состояния элементов схемы во всех возможных режимах ЭЭС, включая внешние и распределенные источники электрической энергии, нагрузки и ЛЭП, используется матрица состояний системы. Элемент, находящийся в работе, вводится в матрицу показателем «1», элемент, выведенный из работы, показателем «0» [2]. Каждый режим вводится своей строкой, матрица в целом описывает совокупность возможных рабочих, аварийных и послеаварийных режимов работы ЭЭС. Таких режимов для расчетной ЭЭС получилось 39, матрица состояний приведена в табл. 1.
Таблица 1. Матрица состояний расчетной ЭЭС
| Внешние источники | Распределенные источники | Нагрузки | ЛЭП | |||||||||
| TS1 | TS2 | TS3 | TEC2 | WF | GRES2 | TEC9 | LS1 | … | LS12 | L1 | … | L20 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | … | 1 | 1 | … | 1 |
| … | … | … | … | … | … | … | … | … | … | … | … | … |
| 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | … | 1 | 1 | … | 0 |
Для решения вопроса о принадлежности расчетных режимов к одному из множеств ZН, ZА1, ZА2, ZР, ZП необходимо проводить оценку состояния каждого из этих режимов. В качестве параметров оценки состояния ЭЭС в каждом из режимов работы могут быть выбраны [1]:
- надежность электроснабжения потребителей, Sa;
- суммарные потери электрической энергии в ЭЭС, P;
- коэффициент уровня напряжения - соотношение максимального напряжения к среднему напряжению во всех узлах схемы, Kнапр = Umax/Uср;
- коэффициент среднего уровня токов к.з. режима ЭЭС - соотношение максимального тока установившегося трехфазного к.з. к его среднему значению во всех узлах схемы, Kкз = Imax/Iср;
- коэффициент уровня нагрузки - соотношение нагрузки потребителей в рассматриваемом режиме к суммарной мощности нагрузок ЭЭС, KН = S/Sполн.
В терминах кластерного анализа каждый из расчетных режимов является объектом, а параметры Sa, P, Kнапр, Kток и KН - характеристиками объекта, которые формируют характеристическую матрицу [3]. Пример такой матрицы для расчетной ЭЭС приведен в табл. 2. С помощью матрицы методами кластерного анализа проводится классификация множества отобранных режимов. Математический аппарат метода реализован в виде программного комплекса, разработанного профессором Харцвельдом (Высшая школа г. Штральзунда) для пакета EXCEL [1]. Кроме того, программа позволяет провести анализ возможностей перехода системы из одного состояния в другое с использованием метода цепей Маркова [4].
Таблица 2. Характеристическая матрица состояний ЭЭС
| Режим | Параметры состояния | ||||
| N | Sa | Pпот | Umax/Uср | Imax/Iср | S/Sполн |
| 1 | 3,43E-07 | 12,164 | 1,055612 | 1,964908 | 1 |
| … | … | … | … | … | … |
| 39 | 3,428E-07 | 16,092 | 1,064913 | 1,845097 | 0,738239 |
Анализ результатов кластеризации показывает наличие трех преобладающих классов рабочих режимов системы по совокупности всех оцениваемых параметров её состояния: кластер нормальных режимов работы ЭЭС и два кластера аварийных режимов работы ЭЭС, отличающихся степенью соответствия параметров состояния номинальным значениям (рис. 3).
 |  |
 | |
Рис. 3. Кластеры режимов ЭЭС по различным показателям
Пример расчета перехода системы из аварийного состояния (класс режимов №3) в один из нормальных рабочих режимов (класс режимов №1), включающий три шага, приведен в табл. 3.
Таблица 3. Переход ЭЭС из аварийного в нормальный режим
| Шаги | Режим | Класс | Sa | P | Umax/Ua | Imax/Ia | S/Stotal |
| 1 | 15 | 3 | 0,000586 | 60,897 | 1,298 | 2,7209 | 1 |
| 2 | 26 | 2 | 0,002162 | 17,459 | 1,080 | 2,8337 | 0,72612 |
| 3 | 8 | 1 | 0,000586 | 12,639 | 1,058 | 1,9852 | 0,84265 |
Анализ результатов расчетов, проведенных по разработанной методике, показал, что распределенные источники электрической энергии, подключенные в узлах ЭЭС, в частности ВЭС 50 МВт:
- позволяют разгрузить ЛЭП от перетоков активной и реактивной мощности, что снижает общие потери электрической энергии в ЭЭС в рабочих и аварийных режимах (от 3 до 15% для ВЭС, рис. 4);
- увеличивают надежность электроснабжения потребителей, обеспечивая непосредственное их питание в ближайших узлах нагрузок;
- при использовании в составе ВЭС ВЭУ на базе асинхронного генератора двойного питания, обладающих способностью регулирования потребления и выдачи реактивной мощности, уменьшают диапазон изменения установившегося отклонения напряжения в ближайших узлах (2-3% от номинального значения напряжения), что расширяет диапазон возможных режимов работы ЭЭС;
- увеличивают значения токов установившегося трехфазного короткого замыкания в узлах схемы, особенно в ближайшем (до 200%).
Рис. 4. Потери в ЭЭС и токи к.з. в ближайшем к ВЭС 50 МВт узле в различных режимах работы с ВЭС и без неё
Таким образом, в работе приведена методика, реализованная на базе математической модели электроэнергетической системы и методов кластерного анализа, позволяющая провести оценку влияния распределенных источников электрической энергии на рабочие и аварийные режимы ЭЭС. Отличительной особенностью методики является то, что для оценки каждого из рассмотренных режимов впервые были введены следующие показатели: коэффициент уровня напряжения Kнапр = Umax/Uср; коэффициент среднего уровня токов короткого замыкания режима ЭЭС Kкз = Imax/Iср; коэффициент уровня нагрузки KН = S/Sполн.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Diering M. Situationserkennung im 20 kVVerteilungsnetz/ Diering M. FH-Stralsund. – Stralsund, 2003.
2. Anil K. Jain. Algorithms for clustering data / Anil K. Jain –New Jersey, 1988.
3. Ягер Р. Нечеткие множества и теория возможностей / Ягер Р. –М, 1986.
4. Jennifer Woss. Hidden Markov Modelle/ Jennifer Woss, 2002.
IMPACT ASSESEMENT OF decentralized energy sources TO POWER ENERGY SYSTEM REGIMES
Nikishin, E. Harzfeld
In the article a new method for impact assessment of decentralized energy sources to power energy systems regimes are described. Special attention was focused on wind turbines as decentralized energy source.