Помощь студентам в учебе
Динамическая устойчивость работы ветроэлектростанций в составе электроэнергетических систем
|
Введение 8
1 Влияние ветроэнергии на энергосистему 10
1.1 Особенности выработки ветроэнергии 10
1.2 Оценка влияния энергии ветра на энергосистему 13
2 Анализ существующих моделей и конструкций ветротурбин 15
2.1 Классификация ветротурбин 15
2.2 Обзор концепций контроля мощности 16
2.3 Обзор генераторов ветротурбин 18
2.4 Обзор современных конфигураций турбин 19
2.5 Асинхронный генератор двойного питания 25
3 Стандарты качества энергии ветровых турбин 28
4 Проблемы при интеграции ветровой энергии в сеть 33
4.1 Базовые проблемы интеграции 33
4.2 Обеспечение баланса активной мощности в энергосистеме 38
4.3 Обеспечение баланса реактивной мощности в энергосистеме 40
5 Устойчивость энергосистем с ветрогенераторами 42
5.1 Режимы работы энергосистемы 42
5.2 Статическая устойчивость 44
5.3 Динамическая устойчивость 47
6 Анализ динамических нарушений устойчивости 52
6.1 Виды возмущений динамической устойчивости 52
6.2 Аггрегированное моделирование ветроферм для исследования 54 устойчивости
6.3 Моделирование и анализ динамической устойчивости в программе 55 PSS/E
7 Проверка динамической устойчивости синхронных генераторов, 58 работающих параллельно с крупными ветрофермами
7.1 Модель энергосистемы 58
7.2 Исследвование динамической устойчивости модели 61
8 Анализ влияния на динамическую устойчивость замены синхронного 69 генератора на ветроферму
8.1 Анализ текущего состояния и перспектив развития ТЭЦ 69
8.2 Разработка конфигурации и выбор оборудования ветрофермы 72
8.3 Моделирование и анализ установившегося режима 75
8.4 Моделирование динамической симуляции 76
9 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и 82 ресурсосбережение
9.1 Описание объекта исследования 82
9.2 Анализ первого сценария 83
9.3 Анализ второго сценария 93
10 Социальная ответственность 110
10.1 Описание автоматизированного рабочего места оператора 110
10.2 Анализ выделенных вредных факторов 111
10.3 Анализ выявленных опасных факторов 116
10.4 Охрана окружающей среды 122
10.5 Защита в чрезвычайных ситуациях 123
10.6 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны 126
Заключение 129
Список публикаций 131
Список используемых источников 132
Приложение А 136
1 Влияние ветроэнергии на энергосистему 10
1.1 Особенности выработки ветроэнергии 10
1.2 Оценка влияния энергии ветра на энергосистему 13
2 Анализ существующих моделей и конструкций ветротурбин 15
2.1 Классификация ветротурбин 15
2.2 Обзор концепций контроля мощности 16
2.3 Обзор генераторов ветротурбин 18
2.4 Обзор современных конфигураций турбин 19
2.5 Асинхронный генератор двойного питания 25
3 Стандарты качества энергии ветровых турбин 28
4 Проблемы при интеграции ветровой энергии в сеть 33
4.1 Базовые проблемы интеграции 33
4.2 Обеспечение баланса активной мощности в энергосистеме 38
4.3 Обеспечение баланса реактивной мощности в энергосистеме 40
5 Устойчивость энергосистем с ветрогенераторами 42
5.1 Режимы работы энергосистемы 42
5.2 Статическая устойчивость 44
5.3 Динамическая устойчивость 47
6 Анализ динамических нарушений устойчивости 52
6.1 Виды возмущений динамической устойчивости 52
6.2 Аггрегированное моделирование ветроферм для исследования 54 устойчивости
6.3 Моделирование и анализ динамической устойчивости в программе 55 PSS/E
7 Проверка динамической устойчивости синхронных генераторов, 58 работающих параллельно с крупными ветрофермами
7.1 Модель энергосистемы 58
7.2 Исследвование динамической устойчивости модели 61
8 Анализ влияния на динамическую устойчивость замены синхронного 69 генератора на ветроферму
8.1 Анализ текущего состояния и перспектив развития ТЭЦ 69
8.2 Разработка конфигурации и выбор оборудования ветрофермы 72
8.3 Моделирование и анализ установившегося режима 75
8.4 Моделирование динамической симуляции 76
9 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и 82 ресурсосбережение
9.1 Описание объекта исследования 82
9.2 Анализ первого сценария 83
9.3 Анализ второго сценария 93
10 Социальная ответственность 110
10.1 Описание автоматизированного рабочего места оператора 110
10.2 Анализ выделенных вредных факторов 111
10.3 Анализ выявленных опасных факторов 116
10.4 Охрана окружающей среды 122
10.5 Защита в чрезвычайных ситуациях 123
10.6 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны 126
Заключение 129
Список публикаций 131
Список используемых источников 132
Приложение А 136
Величина выработки ветроэнергии возрастает по всему миру. Ветроэнергия превратилась в одну из главных альтернатив для производства чистой энергии, которая не загрязняет окружающую среду.
В настоящее время в энергосистемах многих стран возрастает доля электроэнергии, полученной от ветроустановок. Однако с теоретической точки зрения вопрос внедрения ветроэнергии в энергосистему остается малоисследованным. С технической точки зрения возможно внедрение весьма крупных объемов ветроэнергетических мощностей в энергосистему. Так как внедрение ветроэнергии в региональные энергосистемы исследовано только на теоретических основах, внедрение ветроэнергии все еще лимитировано во многих странах и энергосистемах.
Выработка ветроэнергии вносит дополнительную вариативность и неопределенность в управление энергосистемой. Это может повлиять на надежность и эффективность энергосистемы. Влияние ветра может быть как позитивным, так и негативным, однако даже позитивное влияние может сказаться негативным образом, когда стоимость интеграции ветра в энергосистему превышает допустимую. Для решения этой задачи требуется большая гибкость энергосистемы. Требуемая гибкость энергосистемы с одной стороны зависит от того, какова доля ветроэнергии введена в энергосистему, с другой стороны, зависит от уже присутствующей гибкости в энергосистеме.
До недавнего времени вклад ветровой энергии в обеспечении стабильности энергосистемы был незначительным. Однако, с увеличением мощностей ветроферм стало очевидным, что отключение крупных ветроферм от сети во время сетевых возмущений приведет к потере большой части генерируемой энергии, что в свою очередь вызовет дальнейшее нарушение стабильности энергосистемы. Из-за увеличения фракции ветровой энергии ветротурбины должны выдавать реактивную мощность во время установившегося режима и в условия переходного процесса. В странах со значительной долей ветроэнергии в системе системными операторами были разработали и добавилены в правила эксплуатации энергосистем правила, которые устанавливают правила и требования для ветроферм во время сетевых возмущений.
В отношении единой энергосистемы России и стран СНГ попытки провести подобные исследования не предпринимались. Цель данной работы состоит в том, чтобы определить в процентном соотношении, какая доля ветроэнергии может быть внедрена в конкретную энергосистему без существенного снижения эффективности и надежности. Цель работы также состоит в исследовании динамической устойчивости подобных энергосистем.
В настоящее время в энергосистемах многих стран возрастает доля электроэнергии, полученной от ветроустановок. Однако с теоретической точки зрения вопрос внедрения ветроэнергии в энергосистему остается малоисследованным. С технической точки зрения возможно внедрение весьма крупных объемов ветроэнергетических мощностей в энергосистему. Так как внедрение ветроэнергии в региональные энергосистемы исследовано только на теоретических основах, внедрение ветроэнергии все еще лимитировано во многих странах и энергосистемах.
Выработка ветроэнергии вносит дополнительную вариативность и неопределенность в управление энергосистемой. Это может повлиять на надежность и эффективность энергосистемы. Влияние ветра может быть как позитивным, так и негативным, однако даже позитивное влияние может сказаться негативным образом, когда стоимость интеграции ветра в энергосистему превышает допустимую. Для решения этой задачи требуется большая гибкость энергосистемы. Требуемая гибкость энергосистемы с одной стороны зависит от того, какова доля ветроэнергии введена в энергосистему, с другой стороны, зависит от уже присутствующей гибкости в энергосистеме.
До недавнего времени вклад ветровой энергии в обеспечении стабильности энергосистемы был незначительным. Однако, с увеличением мощностей ветроферм стало очевидным, что отключение крупных ветроферм от сети во время сетевых возмущений приведет к потере большой части генерируемой энергии, что в свою очередь вызовет дальнейшее нарушение стабильности энергосистемы. Из-за увеличения фракции ветровой энергии ветротурбины должны выдавать реактивную мощность во время установившегося режима и в условия переходного процесса. В странах со значительной долей ветроэнергии в системе системными операторами были разработали и добавилены в правила эксплуатации энергосистем правила, которые устанавливают правила и требования для ветроферм во время сетевых возмущений.
В отношении единой энергосистемы России и стран СНГ попытки провести подобные исследования не предпринимались. Цель данной работы состоит в том, чтобы определить в процентном соотношении, какая доля ветроэнергии может быть внедрена в конкретную энергосистему без существенного снижения эффективности и надежности. Цель работы также состоит в исследовании динамической устойчивости подобных энергосистем.
В данной работе было проведено исследование динамической устойчивости крупных ветроферм, работающих в энергосистеме, а также проведена оценка влияния внедрения ветроэлектростанций на динамическую устойчивость синхронных генераторов энергосистемы.
В первой главе были рассмотрены особенности выработки электроэнергии с помощью ветротурбин и влияние энергии ветра на функционирование энергосистемы.
Во второй главе был проведен обзор конструкций ветротурбин, систем управления, моделей генераторов, которые устанавливаются на ветротурбинах. Особое внимание было уделено ветротурбинам, оснащенным асинхронными генераторами двойного питания.
В третьей главе был проведен обзор стандартов качества энергии, вырабатываемой ветротурбинами, который принят в большинстве европейских стран.
В четвертой главе рассмотрены базовые проблемы интеграции ветроэнергии в энергосистему, такие как соответствие генерируемой и потребляемой энергии, обеспечение баланса активной, реактивной мощности.
В пятой главе был проведен теоретический обзор проблемы статической и динамической устойчивости энергосистем.
В шестой главе проанализированы причины нарушения устойчивости энергосистемы, в качестве инструмента исследования было выбрано моделирование в программных средствах PSS/E, EnergyPRO Software.
В седьмой главе были разработаны различные модели энергосистем и исследована их динамическая устойчивость до и после введения различных объемов ветроэнергии.
В восьмой главе объектом исследования является тепловая электростанция. В процессе модернизации было предложено исследовать возможность замены синхронного генератора ветрофермой и оценить влияние данного решения на динамическую устойчивость.
Как было описано ранее, динамическая устойчивость - это способность системы сохранять синхронизм после сильных возмущений. Устойчивость зависит от исходного состояния системы и силы возмущения. Возмущения, которые рассматриваются при анализе устойчивости, это однофазное или трехфазное короткое замыкание. Они наиболее часто происходят на передающих линиях.
Можно сделать общий вывод о том, что динамическая устойчивость подобных систем зависит от конфигурации энергосистемы, исходного состояния, тяжести возмущения, объема ветроэнергии в системе.
В разделе «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение» была проведена оценка двух сценариев эксплуатации тепловой электростанции, была определена себестоимость производства тепловой и электрической энергии. По результатам расчета можно сделать вывод о том, что постройка ветропарка мощностью 60 МВт, который будет работать вместе с ТЭЦ мощностью 556 МВт, не оказывает существенного влияния на цену энергии. Это объясняется тем, что высокая себестоимость ветропарка компенсируется экономией угольного топлива. Данный расчет может быть использован для привлечения инвестиций в ветроэнергетику.
В разделе «Социальная ответственность» были исследованы вредные и опасные факторы на рабочем месте и в рабочей зоне оператора ветрофермы. Рассмотрены вопросы охраны окружающей среды в процессе строительства и эксплуатации ветрофермы. Проанализированы возможные чрезвычайные ситуации на объекте, более подробно рассмотрены противопожарные мероприятия, так как пожар является наиболее вероятной чрезвычайной ситуацией на данном объекте.
В первой главе были рассмотрены особенности выработки электроэнергии с помощью ветротурбин и влияние энергии ветра на функционирование энергосистемы.
Во второй главе был проведен обзор конструкций ветротурбин, систем управления, моделей генераторов, которые устанавливаются на ветротурбинах. Особое внимание было уделено ветротурбинам, оснащенным асинхронными генераторами двойного питания.
В третьей главе был проведен обзор стандартов качества энергии, вырабатываемой ветротурбинами, который принят в большинстве европейских стран.
В четвертой главе рассмотрены базовые проблемы интеграции ветроэнергии в энергосистему, такие как соответствие генерируемой и потребляемой энергии, обеспечение баланса активной, реактивной мощности.
В пятой главе был проведен теоретический обзор проблемы статической и динамической устойчивости энергосистем.
В шестой главе проанализированы причины нарушения устойчивости энергосистемы, в качестве инструмента исследования было выбрано моделирование в программных средствах PSS/E, EnergyPRO Software.
В седьмой главе были разработаны различные модели энергосистем и исследована их динамическая устойчивость до и после введения различных объемов ветроэнергии.
В восьмой главе объектом исследования является тепловая электростанция. В процессе модернизации было предложено исследовать возможность замены синхронного генератора ветрофермой и оценить влияние данного решения на динамическую устойчивость.
Как было описано ранее, динамическая устойчивость - это способность системы сохранять синхронизм после сильных возмущений. Устойчивость зависит от исходного состояния системы и силы возмущения. Возмущения, которые рассматриваются при анализе устойчивости, это однофазное или трехфазное короткое замыкание. Они наиболее часто происходят на передающих линиях.
Можно сделать общий вывод о том, что динамическая устойчивость подобных систем зависит от конфигурации энергосистемы, исходного состояния, тяжести возмущения, объема ветроэнергии в системе.
В разделе «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение» была проведена оценка двух сценариев эксплуатации тепловой электростанции, была определена себестоимость производства тепловой и электрической энергии. По результатам расчета можно сделать вывод о том, что постройка ветропарка мощностью 60 МВт, который будет работать вместе с ТЭЦ мощностью 556 МВт, не оказывает существенного влияния на цену энергии. Это объясняется тем, что высокая себестоимость ветропарка компенсируется экономией угольного топлива. Данный расчет может быть использован для привлечения инвестиций в ветроэнергетику.
В разделе «Социальная ответственность» были исследованы вредные и опасные факторы на рабочем месте и в рабочей зоне оператора ветрофермы. Рассмотрены вопросы охраны окружающей среды в процессе строительства и эксплуатации ветрофермы. Проанализированы возможные чрезвычайные ситуации на объекте, более подробно рассмотрены противопожарные мероприятия, так как пожар является наиболее вероятной чрезвычайной ситуацией на данном объекте.