Технические науки/5. Энергетика

УДК 621.311.21

Исмагилов Ф. Р., Шахмаев И. З., Гайсин Б. М.

д.т.н. проф. Исмагилов Ф. Р., к.т.н. доц. Шахмаев И. З.аспирант Гайсин Б. М.

ФГБОУ ВПО Уфимский государственный авиационный технический университет

Прогнозирование возникновения каскадных аварийных процессов в электроэнергетических сетях

В различных крупных энергоузлах, энергосистемах с развитой распределительной сетью время от времени во всем мире происходит погашение большого объема потребителей в результате каскадного процесса. Это определяет необходимость в разработке новых дополнительных мер по предотвращению аварий подобного типа.

Существующие сегодня методы предотвращения каскадных процессов основаны на механизмах предотвращения потери устойчивости в узлах, системах [1]. Поэтому каскадный процесс рассматривается фактически в этой модели на стадии лавинного процесса, после отказа (отключения) X триггерных элементов ЭЭС в рамках критерия N-X.

В предлагаемой здесь модели каскадный процесс рассматривается как процесс в котором отключение одного элемента безусловно влечет за собой отключение следующего элемента. Если последующего отключения не происходит, то каскадный процесс прекращается. Каскадный процесс не обязательно заканчивается аварией по потере устойчивости, в том числе по устойчивости по напряжению. Возможность существования каскадных процессов в энергосистемах определяет их живучесть [2].

Если считать, что токовая загрузка элемента энергосистемы, выше допустимой приводит к его разрушению (отключению), то необходимым условием существования каскадного процесса, является неравенство

(1)

которое должно выполняться на каждом следующем шаге аварийного отключения. Невыполнение неравенства приводит к останову каскадного аварийного процесса[3].

Для отстройки от каскадного процесса можно применить используемый сегодня в методе отстройки от потери устойчивости критерий надежности N–1 [4], для ряда стран N-X[5]. Критерий надёжности «N-X» – способность энергосистемы из N элементов сохранять заданный параметр надежности (в рассматриваемом случае – живучести) при потере любыхХэлектросетевых элементов.

Начальная стадия каскадных аварий в электроэнергетических системах развивается медленным темпом и может протекать достаточно длительный период времени [6]. При этом изменяются мощности (генерации, нагрузки) в узлах, а также параметры сети и (или) её топология. Вследствие возмущений в системе могут произойти сложные многоэтапные (каскадные)изменения, в процессе которых в результате действий противоаварийной автоматики, релейной защиты, диспетчера происходят отключения и включения элементов сети, генерирующих мощностей и нагрузок.

Во второй стадии, по сути являющейся лавинным процессом, единственным способом предотвращения аварийных событий, очевидно, остается способ опережения лавинного процесса путем воздействия устройств, изменяющих соответственным образом баланс узла, в котором идет аварийный процесс.

При исследовании возможности существования каскадных процессов в электроэнергетических системахопределился вариант области существования режимов работы энергосистем (рисунок 1)[3], который предлагается использовать для формирования алгоритмов при управлении режимом энергосистем (энергоузлов). На рисунке 1показаны области существования режимов и возможные переходы между областями, расширяющими логическое поле принятия решений для предотвращения аварии в энергосистеме:

1) Допустимый режим – возмущение – допустимый режим.

2) Пограничная область«В»– возмущение –недопустимый режим.

3) Пограничная область«Б» – возмущение – каскадный аварийный процесс – недопустимый режим.

4) Пограничная область «А» – возмущение– каскадный аварийный процесс – допустимый режим (пограничная область «А»).

Здесь подразумевается возмущение для принятого критерия N-X.

Рисунок 1 – Области существующих режимов и пути развития переходов между областями

Применительно к областям существования режимов работы энергосистем (рисунок 1) проведено исследование влияния неоднородности ЭЭС на возникновение аварийных процессов с целью формирования мероприятий по их предотвращению и повышению живучести ЭЭС.

В ходе исследования в программном комплексе «RastrWin» создана схема сети состоящая из 25 узлов. В которой целенаправленно производилось искажение параметров сопротивлений (R, X), проводимостей (B); параметров узлов по генерируемой (Pг, Qг) и потребляемой мощности (Pн, Qн) исследуемой энергосети.Именно эта схема использована для иллюстрации основных положений и выводов, что оправдано и для других ЭЭС, обладающих соответствующими свойствами неоднородности.

Алгоритм поиска путей развития каскадных аварийных процессов по критерию N-Xдля заданного режима и топологии рабочей группой выполненв соответствии с областями существующих режимов и путями развития переходов между ними (рисунок 1).

Таким образом на основании расчетов по сформированномуалгоритму возможно в режиме реального времени определение областей существования режимов для энергосистем(рис. 1) иформированиепрограммного комплекса (ПК), который по результатам циклических расчетов может определять пути развития каскадных процессов в областях режимов энергосистем (рис. 3). Предоставлять эту информацию для организации противодействующей аварийным процессам.

Рисунок 3 – Структурная схема программного комплекса предназначенного для отстраивания режимов ЭЭС от перехода в пограничные области недопустимых аварийных режимов «Б», «В» согласно рисунку 1.

Выводы.

Сформирован алгоритм на основе модели каскадных процессов в неоднородных электроэнергетических сетях (энергоузлах), позволяющий определить близость режима к предельному, а также указать области ЭЭС находящиеся в шагеXпо критерию N-Xот области потери устойчивости по напряжению. Модель прогнозирования и предотвращенияаварийных процессов, позволяет алгоритмизировать процесс поиска и предотвращения каскадных процессов в электроэнергетических сетях.Алгоритм позволяет минимизировать влияние неоднородности на возникновение аварийных процессов в ЭЭС и проводить мероприятия по проектированию и построению равнопрочной живучей электроэнергетической сети.

Литература:

1. Методические указания по устойчивости энергосистем. Утв. приказом Минэнерго РФ от 30.06.2003. № 277.

2. Шахмаев И.З. О способах предотвращения каскадных процессов в энергосистемах. Вестник УГАТУ. Энергетика, электротехнические комплексы и системы. Т. 13. №1(34) – Уфа: УГАТУ, 2009. С. 176 – 179.

3. Шахмаев И.З. Каскадные процессы в электротехнических системах и методы их предотвращения // Автореферат диссертации. – Уфа 2012.

4. Бондаренко А.Ф., Герих В.П. О трактовке критерия надежности N-1 // Электрические станции. - №6 - 2002. - С. 40 - 43.

5. Мисриханов М.Ш., Седунов В.Н., Шунтов А.В. Основы резервирования в системах генерации и транспорта электроэнергии. - М: Энергоатомиздат. - 2002 - 128 с.

6. Воропай Н.И., Ефимов Д.Н. Решетов В.И. Анализ развития системных аварий в электроэнергетических системах // Электричество. – №10 – 2008. С.12-24

7. Идельчик В.И. Электроэнергетические системы и сети: Учебник для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1989. -592 с

8. Идельчик, В.И. Расчеты и оптимизация режимов электрических сетей и систем - М.: Энергоатомиздат,1988.