Методические указания по устойчивости энергосистем

1.

Определение АДП и МДП
Методические указания по
устойчивости энергосистем

2.

Методические указания по устойчивости энергосистем утверждены
приказом Минэнерго РФ от 30 июня 2003 г. №277.
Методические указания по устойчивости энергосистем содержат
технические требования к электроэнергетическим системам и их
объединениям по устойчивости.
Устойчивость энергосистем – способность сохранить синхронизм между
электростанциями, или другими словами - возвращаться к
установившемуся режиму после различного рода возмущений.
Методические указания устанавливают и определяют:
– основные понятия в области устойчивости электроэнергетических
систем;
– требования к устойчивости энергосистем;
– методологию и принципы определения области допустимых режимов,
удовлетворяющей установленным требованиям.
2

3.

Схемы и режимы работы
энергосистем
Схемы:
-
Нормальные (все сетевые элементы, определяющие устойчивость,
находятся в работе)
- Ремонтные (из-за отключенного состояния одного или нескольких
элементов электрической сети или устройств ПА уменьшен максимально
допустимый переток в каком-либо сечении)
Перетоки:
- Нормальные (наибольших допустимый переток называется максимально
допустимым)
- Вынужденные (наибольший допустимый переток называется аварийно
допустимым).
Вынужденные перетоки допускаются для предотвращения или уменьшения
ограничений потребителей, потери гидроресурсов, при необходимости
экономии отдельных видов энергоресурсов, неблагоприятном
наложении плановых и аварийных ремонтов, в режимах минимума
нагрузок при невозможности уменьшения перетока из-за недостаточной
маневренности АЭС (кроме сечений, примыкающих к АЭС).
3

4.

Классификация схем
Схемы
Нормальные
(все сетевые элементы,
определяющие устойчивость,
находятся в работе)
Ремонтные
(из-за отключенного состояния
одного или нескольких
элементов электрической сети
или устройств ПА уменьшен
максимально допустимый
переток в каком-либо сечении)
4

5.

Классификация перетоков активной
мощности
Перетоки
P
Нормальные
(наибольший допустимый
переток
называется максимально
допустимым)
P пред
8% запас
20% запас
δ
Вынужденные
(наибольший допустимый
переток
называется аварийно
допустимым)
Вынужденные перетоки допускаются для предотвращения или уменьшения
ограничений потребителей, потери гидроресурсов, при необходимости экономии
отдельных видов энергоресурсов, неблагоприятном наложении плановых и
аварийных ремонтов, в режимах минимума нагрузок при невозможности уменьшения
перетока из-за недостаточной маневренности АЭС (кроме сечений, примыкающих к
5
АЭС).

6.

Группы возмущений для различных видов
коротких замыканий
6

7.

Наиболее тяжелые нормативные
возмущения
Короткое замыкание (КЗ) с отключением элемента (-ов) сети:
1) Отключение сетевого элемента основными защитами при
многофазном КЗ на землю с неуспешным АПВ.
2) Отключение сетевого элемента действием УРОВ при многофазном
КЗ на землю с отказом одного выключателя.
Скачкообразный аварийный небаланс активной мощности по любым
причинам. К III-й группе относится потеря активной мощности, подключенной к
одной секции (системе) шин или распредустройства одного напряжения
электростанции.
Одновременное отключение двух ВЛ, расположенных в общем коридоре
более чем на половине длины более короткой линии, в результате возмущения
группы I.
Возмущения групп I и II с отключением элемента сети или генератора,
которые вследствие ремонта одного из выключателей приводят к отключению
другого элемента сети или генератора, подключенных к тому же
распределительному устройству.
7

8.

Критерии определения максимально допустимого перетока РМ
1.
РМ должен соответствовать коэффициенту запаса статической
апериодической устойчивости по активной мощности в нормальном режиме,
не меньшему 20%;
2.
РМ должен соответствовать коэффициенту запаса устойчивости по
напряжению в узлах нагрузки в нормальном режиме, не меньшему 15% во
всех узлах нагрузки;
3.
РМ должен быть таким, чтобы во всех послеаварийных схемно-режимных
условиях, которые могут возникнуть в результате нормативных возмущений
(ослабление сечения и/или аварийный небаланс мощности) с учетом
действия ПА и/или первичного регулирования частоты, коэффициент запаса
по статической апериодической устойчивости по активной мощности был не
менее 8% (ликвидируется не более чем за 20 мин.);
4.
В каждом из нормативных послеаварийных режимов во всех узлах нагрузки
коэффициент запаса по напряжению должен быть не менее 10%;
5.
РМ должен не превышать предельного по динамической устойчивости
перетока при всех нормативных возмущениях с учетом действия ПА;
6.
РМ в нормативных послеаварийных режимах должен не приводить к токовым
перегрузкам, превышающим допустимые по величине или длительности
значения.
8

9.

Критерии определения максимально допустимого
перетока РМ
PМ равен
минимальному
из:
1
0,8 Pпр – Pнк
2
3
4
P U Pнк , где U
P до ав Pп ав Pнк Pпа , гдеPп ав 1 K pп ав Pпрп ав
Pдо ав Uп ав Pнк Pпа , где Uп ав
5
6
Uкр
1 KU
Uкр
1 K пU ав
Pпрдин Pнк
P до ав Iп ав Pнк , где Iп ав Iпдопав
9

10.

Критерий 1
Переток Рм должен соответствовать коэффициенту запаса устойчивости по активной
мощности КP, не меньшему 20 %.
Рм ≤ (0,8*Рпр) – ΔРнк
Коэффициент запаса статической (апериодической) устойчивости по активной мощности
в сечении вычисляется по следующему выражению:
KP = (Pпр – (P + ΔРнк)) / Pпр , где
Рпр – предельный по апериодической статической устойчивости переток активной
мощности в рассматриваемом сечении;
Р – переток в сечении в рассматриваемом режиме, Р > 0;
ΔРнк – амплитуда нерегулярных колебаний активной мощности в этом сечении
(принимается, что под действием нерегулярных колебаний переток изменяется в
диапазоне Р ± ΔРнк).
Значение амплитуды нерегулярных колебаний активной мощности устанавливается для
каждого сечения энергосистемы (в том числе частичного) по данным измерений. При
отсутствии таких данных расчетная амплитуда нерегулярных колебаний активной
мощности сечения может быть определена по выражению:
ΔРнк = K√ Pн1Pн2 / (Pн1+Pн2)
где Рн1, Рн2, МВт – суммарные мощности нагрузки с каждой из сторон рассматриваемого
сечения. Коэффициент К, √МВт, принимается равным 1,5 при ручном регулировании и
0,75 при автоматическом регулировании (ограничении) перетока мощности в сечении.
10

11.

Критерий 2
Переток Рм должен соответствовать
коэффициенту запаса по напряжению, не
меньшему 15% во всех узлах нагрузки:
U
Рм ≤ P(U) – ΔPнк
при U = Uкр/0,85
Uкр/0,85
Значения коэффициента запаса по напряжению
(Ku) относятся к узлам нагрузки и вычисляются
по формуле:
KU = (U – Uкр)/U, где
U – напряжение в узле в рассматриваемом
режиме;
Uкр – критическое напряжение в том же узле,
соответствующее границе статической
устойчивости электродвигателей.
P(U)
P
Критическое напряжение в узлах нагрузки 110 кВ и выше (Uкр ) при отсутствии более
точных данных следует принимать равным 0,7∙Uном.
Ранее под критическим напряжением принимали большей из двух величин:
0,7∙Uном и 0,75∙Uнорм, где Uнорм – напряжение в рассматриваемом узле нагрузки
в нормальном режиме энергосистемы.11

12.

Критерий 3
Переток Рм должен быть таким, чтобы во всех послеаварийных схемно-режимных
условиях, которые могут возникнуть в результате нормативных возмущений (ослабление
сечения и/или аварийный небаланс мощности) с учетом действия ПА и/или первичного
регулирования частоты, выполнялось требование:
Рм ≤ Pдо/ав(Рп/ав) – ΔPнк + ΔPпа, при Рп/ав = 0,92*Рп/ав пред
где
Рдо/ав – переток активной мощности в рассматриваемом сечении в доаварийном режиме;
Рп/ав – переток активной мощности в сечении в послеаварийном установившемся режиме;
Рп/ав пред – предельная мощность в сечении по апериодической статической устойчивости в
послеаварийной схеме;
ΔPпа – приращение допустимого перетока мощности в сечении за счет управляющих
воздействий ПА долговременного действия на изменение мощности.
Переток в доаварийном режиме представляется в виде функции от перетока в
послеаварийном режиме для возможности учета влияющих факторов, например,
изменения потерь мощности или шунтирующих связей, не включенных в рассматриваемое
частичное сечение.
12

13.

Критерий 4
В каждом из нормативных
послеаварийных режимах режимов во Uп/ав
всех узлах нагрузки коэффициент
запаса по напряжению должен быть не
менее 10%.
Рм ≤ Рдо/ав(Uп/ав) – ΔPнк + ΔPпа
Uкр/0,9
при Uп/ав = Uкр/0,9.
Зависимость перетока в исходном
(доаварийном) режиме от наименьшего
напряжения в установившемся
послеаварийном режиме строится на
основе численного моделирования
нормативных возмущений и действия
ПА при различных исходных перетоках
мощности в рассматриваемом сечении.
13
P(U)
Pдо/ав

14.

Критерий 5
Максимально допустимый переток мощности в любом
сечении в рассматриваемом режиме должен не
превышать предельного по динамической устойчивости
перетока в том же сечении при всех нормативных
возмущениях с учетом действия ПА:
Рм ≤ Рдин пр – ΔPнк
14

15.

Критерий 6
Переток Рм в послеаварийных режимах
должен не приводить к токовым перегрузкам,
превышающим допустимые значения:
Рм ≤ Рдо/ав(Iп/ав) – ΔPнк
при Iп/ав = Iп/ав доп
Iп/ав
Iп/ав доп
(20 мин)
где:
Iп/ав – ток в наиболее загруженном сетевом
элементе в послеаварийном установившемся
режиме;
Iп/ав доп – допустимый ток с перегрузкой,
разрешенной в течение 20 минут при
заданной температуре окружающей среды в
том же элементе.
Зависимость перетока в исходном
(доаварийном) режиме от наибольшего тока
в установившемся послеаварийном режиме
строится на основе численного
моделирования нормативных возмущений и
действия ПА при различных исходных
перетоках мощности в рассматриваемом
сечении.
15
P(I)
Pдо/ав

16.

Критерии возможности несохранения устойчивости
• при возмущениях, более тяжелых, чем нормативные в данных
схемно-режимных условиях;
• если при возмущении, приводящем к ослаблению сечения, предел
статической апериодической устойчивости в рассматриваемом
сечении не превышает утроенной амплитуды нерегулярных
колебаний мощности или уменьшается более, чем на 70%;
• если аварийный небаланс мощности приводит к приращению
мощности в сечении, превышающем 50% от предела статической
апериодической устойчивости в рассматриваемом сечении;
• при несохранении устойчивости деление по сечению должно не
приводить к каскадному развитию аварии при правильной работе
ПА или к погашению дефицитной по мощности подсистемы из-за
недостаточности объема АЧР.
16