Помощь студентам в учебе
Разработка концепции построения адаптивной делительной автоматики по частоте для энергорайонов с объектами распределенной генерации
|
РЕФЕРАТ 8
СОДЕРЖАНИЕ 11
ВВЕДЕНИЕ 14
1 ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 16
1.1 Основные проблемы эксплуатации энергорайонов с ЭСММ в составе
энергосистем 16
1.2 Проблемы обеспечения основных режимных параметров 20
1.2.1 Проблемы поддержания частоты 21
1.2.2 Проблемы поддержания напряжения 23
1.3 Проблемы обеспечения устойчивости параллельной работы энергорайонов с ЭСММ с энергосистемой 26
1.3.1 Обеспечение статической устойчивости энергосистемы 27
1.3.2 Особенности динамической устойчивости генераторов ЭСММ 29
1.3.3 Вторичные нарушения устойчивости в узлах нагрузки 30
1.4 Проблемы обеспечения технического перевооружения электрических сетей при технологическом присоединении энергорайонов с ЭСММ к электрическим сетям 33
Выводы по разделу 37
2 СПОСОБЫ И СРЕДСТВА ОБЕСПЕЧЕНИЯ УСТОЙЧИВОЙ РАБОТЫ
ЭНЕРГОРАЙОНОВ С ЭСММ 38
2.1 Обзор существующих способов обеспечения устойчивой работы
генераторов ЭСММ 38
2.2 Обзор существующих средств обеспечения устойчивой работы
энергорайонов с ЭСММ 44
2.3 Возможные пути повышения надежности работы энергорайонов 49
Заключение по разделу 53
3 РАЗРАБОТКА ОБЩИХ ТРЕБОВАНИЙ К АДАПТИВНОЙ
ДЕЛИТЕЛЬНОЙ АВТОМАТИКЕ 55
3.1 Возможные пути повышения эффективности устройств делительной
автоматики 55
3.2 Формулирование общих принципов работы АДА 58
3.3 Формулирование общих принципов построения АДА 60
Выводы по разделу 71
4 ФОРМУЛИРОВАНИЕ ОБЩИХ КОНС ТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ ПО
РАЗРАБОТКЕ АДАПТИВНОЙ ДЕЛИТЕЛЬНОЙ АВТОМАТИКЕ 73
4.1 Разработка алгоритма работы АДА 73
4.2 Разработка структурно-функциональной схемы АДА 76
4.3 Моделирование работы АДА 84
4.4 Моделирование АДА в ПК MATLAB Simulink 90
4.4.1 Моделирование энергорайона с ЭСММ 90
4.4.2 Разработка модели АДА 99
4.4.3 Результаты моделирования 101
Выводы по разделу 103
5 ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ 104
5.1 Целесообразность и обоснование разработки проекта 104
5.2 Оценка научно-технического уровня разработки 104
5.3 Организация и планирование проектных работ 106
5.4 Организация проектной работы 107
5.5 Расчет затрат на разработку 110
5.5.1 Оплата труда 110
5.5.2 Отчисления во внебюджетные фонды 111
5.5.3 Амортизационные отчисления 112
5.5.4 Формирование бюджета затрат на разработку проекта 112
5.6 Определение экономической эффективности проекта 113
Выводы по разделу 115
6 СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ 117
6.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 117
6.2 Производственная безопасность 119
6.3 Экологическая безопасность 126
6.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 126
Выводы по разделу 128
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 130
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 133
ПРИЛОЖЕНИЕ А 138
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 158
ПРИЛОЖЕНИЕ В 160
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 161
СОДЕРЖАНИЕ 11
ВВЕДЕНИЕ 14
1 ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 16
1.1 Основные проблемы эксплуатации энергорайонов с ЭСММ в составе
энергосистем 16
1.2 Проблемы обеспечения основных режимных параметров 20
1.2.1 Проблемы поддержания частоты 21
1.2.2 Проблемы поддержания напряжения 23
1.3 Проблемы обеспечения устойчивости параллельной работы энергорайонов с ЭСММ с энергосистемой 26
1.3.1 Обеспечение статической устойчивости энергосистемы 27
1.3.2 Особенности динамической устойчивости генераторов ЭСММ 29
1.3.3 Вторичные нарушения устойчивости в узлах нагрузки 30
1.4 Проблемы обеспечения технического перевооружения электрических сетей при технологическом присоединении энергорайонов с ЭСММ к электрическим сетям 33
Выводы по разделу 37
2 СПОСОБЫ И СРЕДСТВА ОБЕСПЕЧЕНИЯ УСТОЙЧИВОЙ РАБОТЫ
ЭНЕРГОРАЙОНОВ С ЭСММ 38
2.1 Обзор существующих способов обеспечения устойчивой работы
генераторов ЭСММ 38
2.2 Обзор существующих средств обеспечения устойчивой работы
энергорайонов с ЭСММ 44
2.3 Возможные пути повышения надежности работы энергорайонов 49
Заключение по разделу 53
3 РАЗРАБОТКА ОБЩИХ ТРЕБОВАНИЙ К АДАПТИВНОЙ
ДЕЛИТЕЛЬНОЙ АВТОМАТИКЕ 55
3.1 Возможные пути повышения эффективности устройств делительной
автоматики 55
3.2 Формулирование общих принципов работы АДА 58
3.3 Формулирование общих принципов построения АДА 60
Выводы по разделу 71
4 ФОРМУЛИРОВАНИЕ ОБЩИХ КОНС ТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ ПО
РАЗРАБОТКЕ АДАПТИВНОЙ ДЕЛИТЕЛЬНОЙ АВТОМАТИКЕ 73
4.1 Разработка алгоритма работы АДА 73
4.2 Разработка структурно-функциональной схемы АДА 76
4.3 Моделирование работы АДА 84
4.4 Моделирование АДА в ПК MATLAB Simulink 90
4.4.1 Моделирование энергорайона с ЭСММ 90
4.4.2 Разработка модели АДА 99
4.4.3 Результаты моделирования 101
Выводы по разделу 103
5 ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ 104
5.1 Целесообразность и обоснование разработки проекта 104
5.2 Оценка научно-технического уровня разработки 104
5.3 Организация и планирование проектных работ 106
5.4 Организация проектной работы 107
5.5 Расчет затрат на разработку 110
5.5.1 Оплата труда 110
5.5.2 Отчисления во внебюджетные фонды 111
5.5.3 Амортизационные отчисления 112
5.5.4 Формирование бюджета затрат на разработку проекта 112
5.6 Определение экономической эффективности проекта 113
Выводы по разделу 115
6 СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ 117
6.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 117
6.2 Производственная безопасность 119
6.3 Экологическая безопасность 126
6.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 126
Выводы по разделу 128
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 130
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 133
ПРИЛОЖЕНИЕ А 138
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 158
ПРИЛОЖЕНИЕ В 160
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 161
Электростанции малой мощности (ЭСММ) в настоящее время находят широкое применение в системах электроснабжения. Представляется перспективным использование их для повышения надежности и эффективности энергоснабжения коммунально-бытовых объектов, начинает более активно использоваться малая энергетика и для решения задачи энергоснабжения энергорайонов, удалённых от распределительных сетей централизованной энергосистемы.
Текущие прогнозы связывают перспективы развития энергетики России с процессом внедрения разнообразных генерирующих установок, в том числе, с более широким использованием ЭСММ, подключаемых на уровне распределительной сети в близости от потребителя энергии.
Внедрение ЭСММ является одним из перспективных направлений развития современной электроэнергетики и одним из эффективных средств, помогающих справиться с интенсивным ростом нагрузки особенно в крупных городах и мегаполисах. Данный подход позволяет снижать перетоки активной и реактивной мощностей по распределительным сетям 6-220 кВ, что дает значительные экономические преимущества при интенсивном росте электропотребления: отсутствие необходимости в реконструкции
распределительной сети и трансформаторных подстанций.
Внедрение ЭСММ сопровождается возникновением в распределительной сети ранее не характерных для нее электрических режимов. С увеличением количества таких станций и ростом доли генерируемой ими мощности их влияние на энергосистему приобретает системный масштаб, начиная в ряде случаев определять надежность и устойчивость работы крупных энергорайонов.
Изменения режимов работы в энергосистеме, связанные с развитием принципов децентрализованного производства электроэнергии, требуют решения целого ряда научно-исследовательских задач. Среди них, одной из наиболее важных, является построение адаптивной автоматики, как системы, призванной предотвращать развитие и минимизировать последствия аварийных режимов в энергорайонах с ЭСММ.
Технические вопросы внедрения ЭСММ, вопросы создания противоаварийного управления на уровне распределительной сети, а также вопросы связанные с внедрением в энергосистему объектов распределенной генерации отражены в публикациях П.В. Илюшина, Г.С. Нудельмана, Ю.Н. Кучеровым и А.Г. Фишовым и др. Тем не менее, в настоящее время проработка вопросов построения автоматики энергосистем в условиях внедрения в них ЭСММ является недостаточной; отсутствует теоретическая база для принятия обоснованных решений в части противоаварийной автоматики, как при подключении ЭСММ к энергосистеме, так и на этапе планирования дальнейшего развития малой распределённой энергетики в России.
Целью работы является разработка концепции построения адаптивной делительной автоматики (АДА) распределительной сети. Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:
1. Изучение проблемы эксплуатации ЭСММ в составе энергосистем;
2. Обзор существующих способов и средств обеспечения устойчивой работы ЭСММ в составе энергосистем;
3. Разработка общих требований, а также формулировка общих принципов работы и построения АДА;
4. Разработка алгоритма работы и структурно-функциональной схемы АДА.
Текущие прогнозы связывают перспективы развития энергетики России с процессом внедрения разнообразных генерирующих установок, в том числе, с более широким использованием ЭСММ, подключаемых на уровне распределительной сети в близости от потребителя энергии.
Внедрение ЭСММ является одним из перспективных направлений развития современной электроэнергетики и одним из эффективных средств, помогающих справиться с интенсивным ростом нагрузки особенно в крупных городах и мегаполисах. Данный подход позволяет снижать перетоки активной и реактивной мощностей по распределительным сетям 6-220 кВ, что дает значительные экономические преимущества при интенсивном росте электропотребления: отсутствие необходимости в реконструкции
распределительной сети и трансформаторных подстанций.
Внедрение ЭСММ сопровождается возникновением в распределительной сети ранее не характерных для нее электрических режимов. С увеличением количества таких станций и ростом доли генерируемой ими мощности их влияние на энергосистему приобретает системный масштаб, начиная в ряде случаев определять надежность и устойчивость работы крупных энергорайонов.
Изменения режимов работы в энергосистеме, связанные с развитием принципов децентрализованного производства электроэнергии, требуют решения целого ряда научно-исследовательских задач. Среди них, одной из наиболее важных, является построение адаптивной автоматики, как системы, призванной предотвращать развитие и минимизировать последствия аварийных режимов в энергорайонах с ЭСММ.
Технические вопросы внедрения ЭСММ, вопросы создания противоаварийного управления на уровне распределительной сети, а также вопросы связанные с внедрением в энергосистему объектов распределенной генерации отражены в публикациях П.В. Илюшина, Г.С. Нудельмана, Ю.Н. Кучеровым и А.Г. Фишовым и др. Тем не менее, в настоящее время проработка вопросов построения автоматики энергосистем в условиях внедрения в них ЭСММ является недостаточной; отсутствует теоретическая база для принятия обоснованных решений в части противоаварийной автоматики, как при подключении ЭСММ к энергосистеме, так и на этапе планирования дальнейшего развития малой распределённой энергетики в России.
Целью работы является разработка концепции построения адаптивной делительной автоматики (АДА) распределительной сети. Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:
1. Изучение проблемы эксплуатации ЭСММ в составе энергосистем;
2. Обзор существующих способов и средств обеспечения устойчивой работы ЭСММ в составе энергосистем;
3. Разработка общих требований, а также формулировка общих принципов работы и построения АДА;
4. Разработка алгоритма работы и структурно-функциональной схемы АДА.
В соответствии с целью выпускной квалификационной работы была разработана концепция построения адаптивной делительной автоматики. На основе проведенных расчетов было исследовано поведение автоматики при отделении от энергосистемы энергорайона с электростанцией малой мощности с дефицитом мощности.
В первом разделе были изучены проблемы эксплуатации ЭСММ в составе энергосистем. Здесь показано, что характеристики энергосистемы при внедрении в неё ЭСММ будут определяться увеличением разнообразия генераторных установок, с более широким использованием ГТУ, ГПУ и ДЭС; расширением функциональных возможностей распределительных сетей; сложностью режимов работы распределительных сетей: появлением условий многостороннего питания сетевых элементов, возможности возникновения качаний и асинхронных режимов. Кроме того, в главе, приведен аспекты внедрения и развития объектов малой генерации.
Во второму разделе сделан обзор существующих способов и средств обеспечения устойчивой работы ЭСММ в составе энергосистем . Поскольку ЭСММ с прилегающим энергорайоном подключаются к энергосистеме, то проблемы характерные для больших энергосистем, становятся актуальными и для них: нормированное значение напряжения на шинах и частоты в сети, условия сохранения статической и динамической устойчивости. При внедрении генераторов малой мощности их оснащение набором защит часто рассматривается как достаточная мера по обеспечению надежности работы в составе сети. При этом состав и параметры срабатывания защит определяются заводом-изготовителем, то есть без согласования с защитами элементов прилежащей сети. Такой подход приводит к избыточным отключениям генерирующих установок при большинстве внешних повреждений, нормально отключаемых действием защит соответствующих элементов, а также в
условиях незначительных (не представляющих опасности для оборудования) отклонений режимных параметров от номинальных значений; или - напротив - вследствие неучета параметров внешней сети может привести к отказу защиты.
В третьем разделе приведена разработка общих требований и принципов работы и построения адаптивной делительной автоматики. В разделе проведён анализ существующих устройств делительной автоматики, было показано, что в настоящее время для выделения энергорайонов с электростанциями малой мощности на автономную работу, во всех перечисленных ранее аварийных ситуациях, требуется установка нескольких устройств релейной защиты и противоаварийной автоматики, что приводит к увеличению капитальных вложений и требует большего количества мест в релейных залах подстанций для размещения этих устройств. Поскольку аварийные ситуации (снижение напряжение и частоты, нарушение статической и динамической устойчивости) являются характерными для большинства энергосистем, к которым могут быть подключены энергорайоны с электростанциями малой мощности, то наиболее целесообразным видится разработка адаптивного устройства делительной автоматики, при этом оно должно отвечать следующим требованиям:
- устройство должно включать в себя все необходимые функции, позволяющие осуществлять эффективное выделение энергорайонов с электростанциями малой мощности на изолированную работу, при различных аварийных ситуациях в энергосистеме;
- все функциональные блоки должны размещаться в одном шкафу;
- устройство должно иметь достаточное количество аналоговых входов и дискретных входов/выходов, а также отвечать всем требованиям, предъявляемым в настоящее время к устройствам релейной защиты и противоаварийной автоматики.
В четвертом разделе приведена концепция построения адаптивной делительной автоматики. Приведен общий алгоритм действия устройства. На основе этого составлена структурно-функциональная схема устройства. Для 131
правильной работы автоматики необходимы следующие функциональные части: пусковые органы, измерительный и вычислительный блоки, а также блок распределения управляющих воздействий. Для проверки правильности работы схемы была смоделирован модель в программе Matlab. Объемы управляющих воздействий полученные при помощи модели были введены в экспериментальную схему энергорайона с ЭСММ. Результат моделирования переходных процессов показал, что при выделении энергорайона параметры сети (частота и напряжение) находятся в допустимых значениях. Как следствие, разработка и внедрение АДА позволит существенно повысить эффективность выделения энергорайона на автономную работу без потери генерирующих мощностей, а также исключить финансовые убытки от недопуска электроэнергии и продуктов производства (нефть, газ и т.п.).
В пятом разделе была получена оценка научно-технического уровня, произведено планирование проектной работы, а также подсчитаны смета проекта, стоимость ущерба и сметная стоимость внедрения устройства. Внедрение устройства позволит существенно повысить эффективность выделения энергорайонов с электростанциями малой мощности на изолированную работу, уменьшить финансовые затраты на технологическое присоединение и в целом повысить надёжность электроснабжения энергорайонов с электростанциями малой мощности в аварийных ситуациях приводящих к недопустимому снижению основных режимных параметров ЭС.
В шестом разделе были рассмотрены основы законодательства об охране труда, был проведён анализ опасных и вредных факторов при эксплуатации установок РЗиА. Были описаны основные мероприятия по безопасной работе на электроустановках. Даны краткие характеристики условий труда работников занятых обслуживанием релейной защиты
В первом разделе были изучены проблемы эксплуатации ЭСММ в составе энергосистем. Здесь показано, что характеристики энергосистемы при внедрении в неё ЭСММ будут определяться увеличением разнообразия генераторных установок, с более широким использованием ГТУ, ГПУ и ДЭС; расширением функциональных возможностей распределительных сетей; сложностью режимов работы распределительных сетей: появлением условий многостороннего питания сетевых элементов, возможности возникновения качаний и асинхронных режимов. Кроме того, в главе, приведен аспекты внедрения и развития объектов малой генерации.
Во второму разделе сделан обзор существующих способов и средств обеспечения устойчивой работы ЭСММ в составе энергосистем . Поскольку ЭСММ с прилегающим энергорайоном подключаются к энергосистеме, то проблемы характерные для больших энергосистем, становятся актуальными и для них: нормированное значение напряжения на шинах и частоты в сети, условия сохранения статической и динамической устойчивости. При внедрении генераторов малой мощности их оснащение набором защит часто рассматривается как достаточная мера по обеспечению надежности работы в составе сети. При этом состав и параметры срабатывания защит определяются заводом-изготовителем, то есть без согласования с защитами элементов прилежащей сети. Такой подход приводит к избыточным отключениям генерирующих установок при большинстве внешних повреждений, нормально отключаемых действием защит соответствующих элементов, а также в
условиях незначительных (не представляющих опасности для оборудования) отклонений режимных параметров от номинальных значений; или - напротив - вследствие неучета параметров внешней сети может привести к отказу защиты.
В третьем разделе приведена разработка общих требований и принципов работы и построения адаптивной делительной автоматики. В разделе проведён анализ существующих устройств делительной автоматики, было показано, что в настоящее время для выделения энергорайонов с электростанциями малой мощности на автономную работу, во всех перечисленных ранее аварийных ситуациях, требуется установка нескольких устройств релейной защиты и противоаварийной автоматики, что приводит к увеличению капитальных вложений и требует большего количества мест в релейных залах подстанций для размещения этих устройств. Поскольку аварийные ситуации (снижение напряжение и частоты, нарушение статической и динамической устойчивости) являются характерными для большинства энергосистем, к которым могут быть подключены энергорайоны с электростанциями малой мощности, то наиболее целесообразным видится разработка адаптивного устройства делительной автоматики, при этом оно должно отвечать следующим требованиям:
- устройство должно включать в себя все необходимые функции, позволяющие осуществлять эффективное выделение энергорайонов с электростанциями малой мощности на изолированную работу, при различных аварийных ситуациях в энергосистеме;
- все функциональные блоки должны размещаться в одном шкафу;
- устройство должно иметь достаточное количество аналоговых входов и дискретных входов/выходов, а также отвечать всем требованиям, предъявляемым в настоящее время к устройствам релейной защиты и противоаварийной автоматики.
В четвертом разделе приведена концепция построения адаптивной делительной автоматики. Приведен общий алгоритм действия устройства. На основе этого составлена структурно-функциональная схема устройства. Для 131
правильной работы автоматики необходимы следующие функциональные части: пусковые органы, измерительный и вычислительный блоки, а также блок распределения управляющих воздействий. Для проверки правильности работы схемы была смоделирован модель в программе Matlab. Объемы управляющих воздействий полученные при помощи модели были введены в экспериментальную схему энергорайона с ЭСММ. Результат моделирования переходных процессов показал, что при выделении энергорайона параметры сети (частота и напряжение) находятся в допустимых значениях. Как следствие, разработка и внедрение АДА позволит существенно повысить эффективность выделения энергорайона на автономную работу без потери генерирующих мощностей, а также исключить финансовые убытки от недопуска электроэнергии и продуктов производства (нефть, газ и т.п.).
В пятом разделе была получена оценка научно-технического уровня, произведено планирование проектной работы, а также подсчитаны смета проекта, стоимость ущерба и сметная стоимость внедрения устройства. Внедрение устройства позволит существенно повысить эффективность выделения энергорайонов с электростанциями малой мощности на изолированную работу, уменьшить финансовые затраты на технологическое присоединение и в целом повысить надёжность электроснабжения энергорайонов с электростанциями малой мощности в аварийных ситуациях приводящих к недопустимому снижению основных режимных параметров ЭС.
В шестом разделе были рассмотрены основы законодательства об охране труда, был проведён анализ опасных и вредных факторов при эксплуатации установок РЗиА. Были описаны основные мероприятия по безопасной работе на электроустановках. Даны краткие характеристики условий труда работников занятых обслуживанием релейной защиты
