65355

АНАЛІЗ ТА МЕТОДИ УПРАВЛІННЯ РЕЖИМАМИ ЕЛЕКТРИЧНИХ СИСТЕМ З ГНУЧКИМИ ПЕРЕДАЧАМИ ЗМІННИМ СТРУМОМ

Автореферат

Энергетика

Сьогодні в світі електроенергетики спостерігаються протиріччя між ринковими економічними відносинами та надійністю режимів роботи електричних систем. Економічні перетворення, що відбуваються у вітчизняній електроенергетиці...

Украинкский

2014-07-28

262.5 KB

3 чел.

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ЕЛЕКТРОДИНАМІКИ

Павловський Всеволод Віталійович

УДК 621.311: 621.316

АНАЛІЗ ТА МЕТОДИ УПРАВЛІННЯ РЕЖИМАМИ

ЕЛЕКТРИЧНИХ СИСТЕМ З ГНУЧКИМИ ПЕРЕДАЧАМИ

ЗМІННИМ СТРУМОМ

Спеціальність – 05.14.02 – Електричні станції, мережі і системи

Автореферат

дисертації на  здобуття наукового ступеня

доктора технічних наук

Київ – 2010


Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у відділі автоматизації електричних систем Інституту електродинаміки НАН України (м. Київ).

Науковий консультант

- доктор технічних наук, професор,

академік НАН України

Стогній Борис Сергійович, завідувач відділу автоматизації електричних систем Інституту електродинаміки НАН України.

Офіційні опоненти:

- доктор технічних наук, професор

Яндульський Олександр Станіславович,

декан факультету електроенерготехніки і автоматики Національного технічного університету України "КПІ" МОН України.

- доктор технічних наук, професор

Лежнюк Петро Дем’янович, завідувач кафедри електричних станцій та систем Вінницького національного технічного університету МОН України.

- доктор технічних наук, професор

Заболотний Іван Петрович, завідувач кафедри електричних систем Донецького національного технічного університету МОН України.

Захист дисертації відбудеться “09”__06___2010 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.187.03 в Інституті електродинаміки НАН України за адресою: 03680, Київ-57, проспект Перемоги, 56. Тел.: 456-91-15.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Інституту електродинаміки НАН України за вищевказаною адресою.

Автореферат розіслано “06” __05___2010 р.

Вчений секретар

спеціалізованої ради                                                                    О. В. Бібік


ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Енергетична стратегія України на період до 2030 року стверджує, що для забезпечення можливості паралельної роботи ОЕС України з енергетичним об’єднанням країн Європи – ENTSO-E (The European Network of Transmission System Operators for Electricity), з метою поліпшення стандартів роботи ОЕС України і поступового приведення їх до європейських вимог, необхідно виконати значний обсяг організаційно-технічних заходів, спрямованих на модернізацію, економічний та технологічний розвиток національного електроенергетичного комплексу.

Сьогодні в світі електроенергетики спостерігаються протиріччя між ринковими економічними відносинами та надійністю режимів роботи електричних систем. Економічні перетворення, що відбуваються у вітчизняній електроенергетиці, впливають на розвиток та управління режимами електричних систем, породжують ряд нових науково-технічних проблем. Зокрема, проблему «видачі потужності» та стійкості режимів у вузлах концентрованого виробництва електроенергії (наприклад, Запорізький енерговузол з встановленою потужністю електростанцій 11 ГВт). Відсутність в Україні ринку допоміжних послуг в умовах дерегуляції та «незалежності» електростанцій від системного оператора, розмежування електричних мереж та інші структурні зміни регуляторного характеру, в цілому, загострили проблему надійності роботи ОЕС України.

Тому основні завдання управління режимами в сучасних умовах такі: зняття вимушених (режимних) обмежень пропускної здатності окремих перетинів; вирішення проблеми регулювання напруги в магістральних мережах (ММ); збільшення рівня гнучкості електричних систем та оптимізації режимів; подолання економічної неефективності та протиріч між існуючими принципами протиаварійного управління та перспективними ринковими відносинами в електроенергетиці; створення засобів моніторингу, аналізу та демпфірування низькочастотних коливань потужності в умовах збільшення навантаження на перетини; автоматизація управління та планування режимів відповідно до вимог ENTSO-E.

Невирішеність зазначених задач та відставання технологічного розвитку, особливо інтенсивного, від економічних перетворень стали однією з причин більшості великих системних аварій, що відбулися у світовій електроенергетиці за останнє десятиріччя. Інтенсивний напрямок технологічного розвитку електричних систем має на меті підвищення надійності роботи та ефективності використання існуючої енергетичної інфраструктури за рахунок покращення засобів інформатизації, автоматизації та гнучкості управління режимами, зокрема через впровадження технологій гнучкої передачі змінним струмом (ГПЗС), що отримали поширення за останні 10-15 років спочатку переважно в Америці та Західній Європі. Найбільш розповсюдженими пристроями ГПЗС є статичні тиристорні компенсатори (СТК) та тиристорні установки поздовжньої компенсації (ТУПК). Наприклад, лише компанією АББ встановлено більш ніж 380 СТК та 250 ТУПК. У Росії існує програма розробки власних ГПЗС на період до 2012 року, складено перелік найбільш важливих науково-дослідних робіт за цією темою з залученням провідних організацій: «НИИПТ», «НТЦ- Электроэнергетики».

В Україні в Інституті електродинаміки останнім часом виконано дослідження цієї проблеми та запропоновано заходи щодо її вирішення, зокрема завершено науковий проект «Розробити методи та створити засоби вибору систем гнучкої передачі змінним струмом на прикладі локального вузла об’єднаної електроенергетичної системи України» в рамках програми НАН України «Науково-технічні проблеми інтеграції енергетичної системи України в європейську енергетичну систему». Існує велика зацікавленість до цієї теми з боку НЕК «Укренерго».

Таким чином, інтеграція ГПЗС в електричні системи є актуальною проблемою світової електроенергетики, вирішення якої потребує проведення моделювання, аналізу стійкості та економічності режимів, пропускної здатності перетинів, взаємодії ГПЗС з протиаварійною автоматикою (ПА).  

Теоретичні засади стійкості та положення щодо моделювання режимів електричних систем сформовані протягом минулого століття видатними вченими: Ляпуновим О.М., Лебедєвим С.О., Ждановим П.С, Веніковим В.А., Парком Р., Цукерником Л.В. та іншими. Завдяки багаторічним дослідженням та науковим результатам, отриманим в Інституті електродинаміки НАН України, Національному технічному університеті України «КПІ», Вінницькому, Донецькому, Львівському технічних університетах, розроблено методи та засоби моделювання, оптимізації та автоматизації управління режимами електричних систем. Однак досвід створення та застосування системних ГПЗС закордоном показав необхідність значного вдосконалення існуючих методів та підходів до аналізу стійкості режимів, що пов’язано, перш за все, зі значним ускладненням електричних систем з ГПЗС.

Основні проблеми виникають через невідповідність існуючих методів та засобів аналізу, планування та управління режимами сьогоднішнім економічним перетворенням в електроенергетиці та можливостям, що надаються ГПЗС. Тому методологічне поєднання та подальший розвиток методів моделювання та моделей управління режимами електричних систем при впровадженні ГПЗС з метою збільшення пропускної здатності перетинів та підвищення економічності передачі електроенергії, а також розробка рекомендацій щодо застосування ГПЗС при перспективному розвитку ОЕС України є актуальними.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційні дослідження проводилися відповідно до наукових планів Інституту електродинаміки НАН України за темами: «Дослідження динамічних режимів та розробка наукових основ створення систем інформаційно-технологічного забезпечення процесів керування електричними системами та мережами (ЕСМ)» («Діамант», 2002-2006 рр., шифр 1.7.3.205, №ДР0207U000167); «Принципи побудови та розробка систем інформаційного та технологічного забезпечення управління електроенергетичними системами та об’єктами («ІНФОТЕХ-2П», 2003 р., № ДР0101U003455); «Розробити моделі, методи та засоби забезпечення технологічної керованості за умов дотримання необхідного рівня надійності електроенергетичних систем та мереж» (2004-2006 рр., шифр 1.7.3.231, № ДР0207U000166); «Розробити принципи, методи побудови і алгоритми та програми функціонування АСУ підстанцій надвисокої напруги» («СКАДА», 2003-2007 рр., шифр 1.7.3.210, №ДР 0103U000378), в яких здобувач був автором окремих розділів, а також у рамках наукового проекту «Розробити методи та створити засоби вибору систем гнучкої передачі змінним струмом (ГПЗС) на прикладі локального вузла об’єднаної електроенергетичної системи України» (2006-2008 рр., шифр 436-06, № ДР0107О001218) програми НАН України «Науково-технічні проблеми інтеграції енергетичної системи України в Європейську енергетичну систему ("Інтеграція")», в якому здобувач був відповідальним виконавцем теми.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є розвиток теорії моделювання та управління режимами електричних систем при впровадженні ГПЗС, зокрема, розробка методів вибору систем ГПЗС, вдосконалення моделей протиаварійного управління, формування стратегій збільшення пропускної здатності перетинів та підвищення економічності передачі електроенергії, формування рекомендацій щодо застосування ГПЗС при перспективному розвитку електричних систем.

Для досягнення мети роботи необхідно вирішити наступні задачі:

- проаналізувати організацію управління режимами електричних систем у сучасних умовах та сформувати завдання щодо розвитку існуючих підходів до управління, моделювання та аналізу режимів з урахуванням нових можливостей, що з’явилися завдяки ГПЗС;

- провести класифікацію ГПЗС, аналіз існуючих математичних моделей пристроїв ГПЗС, їх оптимізацію та на цій основі побудувати розрахункову режимну модель мереж 110-750 кВ ОЕС України з ГПЗС для проведення досліджень граничних режимів;

- визначити режимний вплив різних ГПЗС шляхом комплексних досліджень стійкості та моделювання режимів електричних систем;

- дослідити особливості граничних режимів дефіцитних енергосистем при впровадженні ГПЗС та сформувати критерій наближення до точки втрати стійкості за напругою;

- визначити ефективність СТК щодо підвищення пропускної здатності перетинів, вплив критерію надійності () та ПА на вибір потужності СТК;

- формалізувати задачу інтеграції ГПЗС в електричні системи та розробити метод вибору типу, потужності та місць встановлення пристроїв ГПЗС, що враховує особливості ОЕС України;

- з’ясувати можливість підвищення пропускної здатності перетинів шляхом зменшення запасу зі статичної стійкості;

- виявити вплив режимів роботи ММ, систем ГПЗС на втрати електроенергії в локальних мережах (ЛМ) та вдосконалити моделі аналізу і методи розрахунку транзитних втрат електроенергії в ММ та ЛМ;

- вдосконалити модель протиаварійного управління в перетинах зі зв’язками, що не спостерігаються, та сформувати основні принципи перспективного розвитку електричних систем з урахуванням можливостей систем ГПЗС.

Об’єкт дослідженняаналіз та управління режимами електричних систем з гнучкими передачами змінним струмом.

Предмет дослідження – електричні системи з гнучкими передачами змінним струмом.

Методи дослідження. При вирішенні задач дисертації застосовувалися методи математичного моделювання, чисельного розв’язання нелінійних алгебраїчних та диференціальних рівнянь для розрахунків усталених та перехідних режимів електричних систем. Теорія електричних кіл, перехідних процесів, ймовірності та стійкості – для розрахунків граничних режимів та досліджень впливу систем ГПЗС на стійкість. Дослідження можливості зменшення запасу зі статичної стійкості, впливу режимів роботи ММ на режими ЛМ, режимів перетинів зі зв’язками, що не спостерігаються, проводилися за допомогою методів імітаційного та стохастичного моделювання. Методи евристичного пошуку та теорії чутливості було використано для вирішення задачі вибору типу, потужності та місць встановлення пристроїв ГПЗС в електричних системах.  

Наукова новизна одержаних результатів полягає у розробці нових та розвитку існуючих методів та моделей управління режимами електричних систем при впровадженні ГПЗС. Наукову новизну роботи складають наступні результати та положення:

  1.  Проведено комплексні дослідження стійкості режимів електричних систем з ГПЗС та зроблено їхню порівняльну характеристику. Це дозволило розширити відоме практичне положення щодо впливу систем ГПЗС на стійкість: встановлено, що за ступенем впливу на статичну стійкість за напругою СТК має переваги над ТУПК, у той час як ТУПК має переваги над СТК за ступенем впливу на статичну стійкість за кутом та на коливальну стійкість.
  2.  Досліджено роботу СТК при наближенні режиму дефіцитних енергосистем до граничного за статичною стійкістю і виявлено новий ефект, який полягає у збільшенні значення критичної напруги до 0,8-0,95 Uном, що значно перевищує нормативне значення (0,7 Uном). Показано необхідність врахування цього ефекту та доцільність перегляду принципів організації автоматичного протиаварійного управління в перетинах дефіцитних енергосистем з СТК.  
  3.  Вперше введено та формалізовано поняття активного резерву з реактивної потужності (), що дозволило сформувати новий критерій наближення режиму електричних систем до точки «лавини» напруги:. Запропонований критерій відрізняється від існуючих тим, що враховує наявність «запертої» реактивної потужності на електростанціях та СТК і, таким чином, дозволяє оцінити ступінь небезпечності поточного режиму з точки зору втрати стійкості у разі вимкнення найбільш критичного елементу.
  4.  Вперше доведено, що для будь-якої ЛЕП співвідношення її натуральної потужності до ідеальної межі потужності залежить лише від довжини ЛЕП. Останнє дозволило сформувати та теоретично обґрунтувати нове наукове положення: застосування СТК є більш ефективним засобом збільшення пропускної здатності «коротких» ЛЕП (до 300 км), «перевантажених» по натуральній потужності, ніж їх реконструкція, яка пов’язана зі збільшенням кількості проводів у фазі та зближенням фаз.
  5.  Удосконалено методологію інтеграції ГПЗС в електричні системи, що дозволило врахувати особливості ОЕС України. Зокрема, розроблено новий метод вибору типу, потужності та місць встановлення пристроїв ГПЗС, що враховує ПА та ремонтно-аварійні схеми ММ і дозволяє у порівнянні з відомими суттєво (майже вдвічі) збільшити ефективність СТК з точки зору підвищення пропускної здатності перетинів. Сформульовано основні науково-технічні принципи перспективного розвитку електричних систем із застосуванням ГПЗС, які узагальнюють результати проведених досліджень.
  6.  Виявлено залежність між спостережуваністю режимів та ймовірністю порушення статичної стійкості, що дозволило розробити новий метод кількісної оцінки збільшення пропускної здатності перетинів за рахунок надійного зменшення запасів зі стійкості при підвищенні спостережуваності.
  7.  Набули подальшого розвитку методи розрахунку втрат електроенергії: розвинуто метод розрахунку транзитних втрат в частині визначення втрат в замкнених ЛМ 110-154 кВ від впливу режимів роботи ММ і поширено його на фрагментовані мережі; удосконалено метод характерних режимів, що дозволило за рахунок коригування зменшити похибку прогнозування втрат в ОЕС України; розроблено метод оцінювання втрат у мережах 6(10)-35 кВ, що дозволяє проводити розрахунки при відсутності режимних даних щодо графіків навантажень.
  8.  Визначено і обґрунтовано принцип зворотного моделювання розвитку аварій та на його базі удосконалено модель протиаварійного управління в частині врахування впливу неконтрольованої частини перетину на граничні перетоки, що дозволило збільшити пропускну здатність контрольованого перетину на 10-15%.

Практичне значення отриманих результатів. Розроблені моделі, методи, принципи та положення дозволили та/або дозволяють

  •  визначити для енерговузлів та перетинів електричних систем найбільш придатний для впровадження тип пристрою ГПЗС (СТК, ТУПК) в залежності від характеристик граничного режиму;
  •  сформувати зони ефективності застосування СТК в ОЕС України та використовувати їх при складанні схем перспективного розвитку;
  •  створити та застосувати методику оптимального вибору місць встановлення та потужності пристроїв ГПЗС, яка забезпечила для дефіцитних енергосистем ОЕС України підвищення технічної ефективності використання СТК до рівня 0,5-0,6 МВт/Мвар, у той час як ефективність більшості відомих впроваджень у світі цих систем складає лише 0,2-0,3 МВт/Мвар;
  •  проводити чітке техніко-економічне обґрунтовування впровадження засобів моніторингу режимів та модернізації ПА за рахунок визначення збільшення пропускної здатності перетинів при формуванні інвестиційних програм енергокомпаній (ЕК);
  •  забезпечити впровадження недискримінаційного механізму взаєморозрахунків між енергопостачальними компаніями та враховувати транзитні втрати електроенергії при регулюванні тарифів на її передачу;
  •  визначати основні осередки втрат електроенергії в розподільних електричних мережах (РЕМ) за умов обмеженої інформації щодо навантажень;
  •  розробити та впровадити в експлуатацію методику коригування прогнозних обсягів втрат електроенергії в ММ ОЕС України;
  •  розробити використану при робочому проектуванні структуру комплексу ПА Східного Донбасу, що підвищила пропускну здатність перетину Донбас – район Луганської ТЕС на 100 МВт;
  •  сформувати план заходів щодо підвищення пропускної здатності існуючих зв’язків перетину ОЕС України - Крим на 200 МВт та затвердити його на засіданні науково-технічної ради НЕК «Укренерго»;
  •  розробити методичні рекомендації щодо застосування ГПЗС та визначити потребу в цих засобах для ОЕС України з урахуванням її перспективного розвитку до 2015 року.

Результати досліджень впроваджені наступним чином:

  •  впроваджено метод характерних режимів у формі алгоритму коригування прогнозних втрат електроенергії в ММ ОЕС України (Акт впровадження в експлуатацію від 06.07.2005 «Методичні рекомендації з визначення обсягів передачі електричної енергії магістральними та міждержавними мережами і витрат при її передачі», затверджені Мінпаливенерго України, НЕК «Укренерго», ДП «Енергоринок», НКРЕ України);
  •  використано імітаційну модель протиаварійного управління у формі схеми розрахунків аварійно-допустимих перетоків при розробці структури комплексів ПА перетинів зі зв’язками, що не спостерігаються, зокрема при робочому проектуванні комплексу ПА Східного Донбасу (Довідка НЕК «Укренерго» від 23.12.2008 щодо використання результатів дисертаційної роботи);
  •  використано методологію вибору типу, потужності та місць встановлення пристроїв ГПЗС у формі схеми оптимального вибору при розробці комплексу заходів щодо підвищення пропускної здатності перетинів ОЕС України. За результатами доповіді на засіданні секції перспективного розвитку науково-технічної ради НЕК «Укренерго» прийнято рішення та реалізується проект щодо встановлення СТК-350 Мвар на ПС 330 кВ «Сімферопольська»;
  •  використано науково-технічні принципи перспективного розвитку ОЕС України на базі систем ГПЗС у формі методичних рекомендацій при розробці методології підвищення ефективності використання існуючих зв’язків проблемних перетинів ОЕС України за рахунок систем адаптивної компенсації технологій гнучкої передачі змінним струмом FACTS (Довідка НЕК «Укренерго» від 08.05.2009 щодо використання результатів науково-технічної роботи);
  •  використано метод розрахунку транзитних втрат електроенергії в фрагментованих мережах у формі практичних рекомендацій при аналізі обґрунтованості тарифів на послуги з передачі електричної енергії суміжним енергопостачальникам та встановлені величини компенсації витрат електричної енергії ліцензіатів з передачі місцевими (локальними) мережами (Довідка НКРЕ України від 27.03.2008 про використання результатів дисертаційної роботи);
  •  впроваджено методи розрахунку транзитних втрат електроенергії в фрагментованих мережах та втрат від режимів роботи ММ, а також метод оцінювання втрат у РЕМ у формі розрахункових моделей, алгоритмів та рекомендацій в ЛМ 6(10)-110 кВ Донецької області (Акт впровадження результатів науково-технічних робіт у ВАТ «Донецькобленерго» від 08.12.2006);
  •  використано методи розрахунку транзитних втрат електроенергії в фрагментованих ЛМ та втрат від режимів роботи ММ у формі проведених розрахунків та наданих рекомендацій при визначенні впливу режимів роботи ММ ОЕС України на технічні втрати електроенергії в ЛМ 154 кВ Херсонської області (Акт щодо використання результатів наукових досліджень у ВАТ «ЕК Херсонобленерго» від 06.07.2005).

Особистий внесок здобувача. Основні наукові положення та результати, що містяться в дисертаційній роботі, одержані здобувачем самостійно. У роботах, опублікованих у співавторстві, дисертанту належать: – метод характерних режимів для коригування прогнозних обсягів втрат електроенергії в ММ ОЕС України в [1-2]; – підхід та аналітичні вирази для імовірнісного визначення навантажень в електричних мережах в [3]; – методи розрахунку втрат електроенергії в електричних мережах в [4,5,24]; – аналіз перспектив використання систем ГПЗС в ОЕС України в [9]; – математичні моделі пристроїв ГПЗС в [10]; – ідея врахування в ПА зв’язків, що не спостерігаються в [13]; – постановка задачі досліджень граничних режимів імовірнісними методами в [14,16]; – обґрунтування доцільності впровадження СТК в перетині, результати розрахункових досліджень в [15]; – метод вибору оптимального типу, потужності та місць встановлення пристроїв ГПЗС в [17]; – нове наукове положення та критерій в [20]; – постановка задачі досліджень та моделювання СТК з АРЗ в [21]; – класифікація підходів до підвищення пропускної здатності перетинів в [22]; – принципи перспективного розвитку електричних систем на базі систем ГПЗС в [23]; – метод розрахунку транзитних втрат електроенергії в фрагментованих електричних мережах в [25]; – аналіз методів розрахунку втрат електроенергії та формування технічних вимог до методики нормування втрат у локальних мережах [26]; – модель складної аварійної ситуації в електричних системах в [31]; – новий критерій наближення режиму до точки «лавини» напруги в [32].

Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати роботи були представлені на наступних симпозіумах та конференціях: Науково-технічна конференція «Актуальні проблеми науково-технічного, проектно-конструкторського і нормативно-законодавчого супроводження Енергетичної стратегії України», Миколаївка, АР Крим (Україна), 2004р.; Третя науково-технічна конференція «Стан електричних мереж обленерго та основні напрямки підвищення їх ефективності. Зменшення втрат електроенергії в електромережах», Місхор, АР Крим (Україна), 2006р.; Міжнародні науково-технічні конференції «Силова електроніка та енергоефективність», Алушта, АР Крим (Україна), 2006р., 2007р., 2008р.; Міжнародна науково-технічна конференція «Управління режимами роботи об’єктів електричних систем», Донецьк (Україна), 2008р.; Дев’ята Європейська IASTED конференція «Електроенергетичні системи», Пальма (Іспанія), 2009р.

Основні наукові положення роботи доповідалися на вченій раді Інституту електродинаміки НАН України у травні 2009 року. Крім того, окремі практичні результати були представлені на засіданні сектора перспективного розвитку науково-технічної ради НЕК «Укренерго» у 2007 році.

Публікації. За темою дисертації опубліковано 32 праці, у тому числі 25 статей у фахових наукових виданнях, 6 статей в інших електроенергетичних виданнях, патент України. З них без співавторів опубліковано 11 праць. Крім того, Методичні рекомендації, що затверджені НЕК «Укренерго», Мінпаливенерго України, ДП «Енергоринок» та НКРЕ України.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, шести розділів, висновків, 9 додатків, списку використаних джерел (379 найменувань). Загальний обсяг роботи становить 451 сторінку, у тому числі 310 сторінок основного тексту, 145 рисунків і 19 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі сформульовано науково-технічну проблему та обґрунтовано її актуальність, визначено мету і завдання досліджень, викладено наукову новизну та практичне значення одержаних результатів, подано загальну характеристику роботи.

У першому розділі дано характеристику проблеми управління режимами електричних систем в сучасних умовах та визначено її складові. Показано, що розв’язання кола протиріч між економічними відносинами та надійністю режимів роботи електричних систем потребує методологічного розвитку існуючих підходів до автоматизації, протиаварійного управління, моделювання та аналізу режимів, перспективного розвитку електричних систем з урахуванням нових можливостей, що з’явилися завдяки розвитку гнучких передач змінним струмом.

Проведений аналіз проблеми інтеграції ГПЗС в електричні системи світу дозволив визначити основні напрямки досліджень: формування стратегій вибору місць встановлення ГПЗС у системі для максимального підвищення пропускної здатності перетинів; аналіз перехідних процесів в електричних системах з ГПЗС та вплив останніх на стійкість; визначення впливу ГПЗС на функціонування систем захисту, автоматики та регулювання; розробка методів координації міжсистемних транзитів електроенергії з урахуванням ГПЗС.

Синхронна робота ОЕС України з європейською системою ENTSO-E вимагає проведення українським системним оператором комплексу заходів, пов'язаних, насамперед, з модернізацією регулювання з метою підвищення надійності функціонування всієї системи. Такі заходи передбачають, зокрема, наявність ефективних систем демпфірування коливань потужності, що перешкоджають появі хитань і саморозгойдуванню генераторів електростанцій. Показано, що при збільшенні навантажень на перетини зменшується синхронізуюча потужність генераторів та з’являються небезпечні (з точки зору їх гасіння) низькочастотні коливання потужності по міжсистемних зв’язках. Низькочастотні коливання потужності викликають необхідність введення додаткового запасу зі стійкості, що відповідно зменшує пропускну здатність перетинів. Тому поставлено завдання дослідження демпфірування коливань потужності за допомогою ТУПК.

Визначено основні відмінності вітчизняних електричних систем від європейських. Це, насамперед, наявність мережі 750 кВ, але недостатній розвиток мереж 220-330 кВ, дефіцит резервів генеруючих потужностей, але наявність вузлів концентрованого виробництва електроенергії, ієрархічна система централізованого диспетчерського управління, розвинуті засоби ПА, менш суворі вимоги до стійкості, дефіцит засобів компенсації реактивної потужності та регулювання напруги, вдвічі менша добротність ЛЕП, фрагментовані мережі, відсутність ринку допоміжних послуг та інші. Враховуючи ці особливості, сформовано задачі ефективного використання ГПЗС для підвищення пропускної здатності перетинів та нормалізації рівнів напруги.

Сформульовано задачу стохастичного моделювання граничних режимів і показано, що значення граничних перетоків та порушення стійкості мають ймовірнісний характер. Зроблено припущення, що аналіз чутливості граничного перетоку до різних факторів, що впливають, дозволив би сконцентрувати увагу на уточненні найбільш важливих складових розрахунку, підвищити «адекватність» моделі, точність розрахунків і, завдяки цьому, зменшити ймовірність порушення стійкості.  

Здійснено оцінку підходів до вибору систем ГПЗС, що використовуються закордоном. Проведено їх класифікацію на аналітичні, числові, евристичні та підходи, що базуються на штучному інтелекті. Виявлено основні недоліки та показано необхідність вдосконалення існуючих моделей та підходів до оптимального вибору систем ГПЗС для врахування особливостей ОЕС України.

Крім підвищення рівня стійкості та пропускної здатності перетинів ГПЗС здатні маршрутизувати потоки потужності та оптимізувати режими електричних систем, зокрема за критерієм мінімуму втрат електроенергії. Враховуючи те, що проблема втрат електроенергії надзвичайно важлива для ОЕС України, приділено увагу цим питанням. Зокрема, проведено аналіз та визначено основні недоліки існуючих методів розрахунку втрат електроенергії в електричних системах. Через те, що системи ГПЗС переважно використовуються поблизу «слабких» зв’язків, «вузьких» місць у дефіцитних енергосистемах та впливають на режими, виникає завдання дослідження взаємодії їх роботи з ПА. Тому було визначено основні задачі протиаварійного управління для збереження стійкості в перетинах дефіцитних енергосистем зі зв’язками, що не спостерігаються при впровадженні ГПЗС.

Сформульовано науково-технічну проблему управління режимами електричних систем з ГПЗС, що передбачає розвиток моделей ГПЗС, проведення комплексних досліджень стійкості режимів, формування стратегій збільшення пропускної здатності перетинів, удосконалення методів розрахунку та аналізу втрат електроенергії та протиаварійного управління.

Другий розділ присвячено класифікації та розвитку моделей систем ГПЗС. За результатами аналізу принципів роботи систем ГПЗС запропоновано узагальнену їх класифікацію за типом приєднання до мережі: клас систем поперечної компенсації (об’єкт класу - СТК); клас систем поздовжньої компенсації (об’єкт класу - ТУПК) та клас систем комбінованої компенсації (об’єкт класу - ОРПП).

Показано, що режимний вплив ГПЗС відбувається завдяки гнучкому регулюванню параметрів режимів (зокрема, напруги у випадку СТК) та параметрів електричних мереж (зокрема, реактивного опору у випадку ТУПК). Проведений у роботі аналіз векторних діаграм свідчить, що СТК в більшій мірі впливають на модуль напруги, в той час як ТУПК – на кут напруги. Досліджено вплив цих систем на усталені режими та на режими з електромеханічними перехідними процесами. Для цього було проведено математичне моделювання граничних за стійкістю режимів електричних систем з ГПЗС.

Математичне моделювання базувалося на відомих заступних схемах та удосконалених моделях. Зокрема, удосконалено модель СТК в частині введення в систему нелінійних рівнянь усталеного режиму рівняння потужності СТК:

,

та рівняння, що задає провідність шунта в залежності від напруги:

,

з урахування обмежень у формі додаткової нерівності:

,

де  – змінна реактивна провідність шунта; – напруга в місці приєднання СТК; – мінімальне та максимальне значення.

Запропонована модель є оптимальною для аналізу стійкості великих електричних систем з ГПЗС, тому що порівняно з традиційним підходом до моделювання вузлів, балансуючих по реактивній потужності, дозолила врахувати особливості характеристики генерування реактивної потужності СТК та її від’ємності від генераторів у граничних режимах. Зокрема, при зниженні напруги нижче визначеної величини генерування реактивної потужності СТК починає стрімко зменшуватися. Це, в цілому, забезпечило коректне моделювання граничних за стійкістю по напрузі режимів електричних систем з ГПЗС. З іншого боку, запропонована модель значно простіша, ніж відомі моделі ГПЗС, які призначені для детального моделювання електромагнітних перехідних процесів та систем керування тиристорами в самих пристроях ГПЗС, але при спрощеному представленні електричної системи. Оптимізація моделей ГПЗС дозволила інтегрувати їх у повну розрахункову режимну модель мереж ОЕС України, що включає 1004 шини, 1080 ЛЕП, 631 трансформатор (автотрансформатор) та 175 генераторів, та проводити розрахункові дослідження.

Математичну модель усталеного режиму електричної систем с ГПЗС представлено системою нелінійних рівнянь комплексів вузлових напруг  у формі балансу струмів у вузлі зі змінними провідностями  та:

де  – змінні стану усталеного режиму; – змінний реактивний опір ТУПК; – комплексний опір ЛЕП, де встановлений ТУПК.

Моделювання пристроїв ГПЗС підвищує нелінійність та число рівнянь усталеного режиму, а моделювання в перехідних режимах – порядок диференціальних рівнянь. Для моделювання усталених режимів та статичної стійкості було використано розрахункову модель ОЕС України, що сертифікована НЕК «Укренерго». Модель для досліджень динамічних режимів – це модифікована тестова модель інституту IEEE, що включає моделі регуляторів на електростанціях та широко використовується для досліджень динаміки в усьому світі. До моделей ОЕС України та IEEE додано моделі СТК та ТУПК.

У третьому розділі проведено моделювання систем ГПЗС з метою визначення їх впливу на стійкість режимів електричних систем. Моделювання впливу систем ГПЗС на граничні режими за статичною стійкістю показало, що порушення стійкості відбувається або «по куту», або «по напрузі». Останнє саме притаманне дефіцитним енергосистемам. Поєднання характеристики генерування реактивної потужності СТК з залежностями напруги від перетоку активної потужності (у формі PV- кривих) дозволило виявити (рис. 1), що у разі застосування потужних СТК у перетинах дефіцитних енергосистем одночасно зі збільшенням граничного перетоку з () до () також збільшується критична напруга () до 80-95 % від номінальної, що значно перевищує нормативне значення у 70 %, яке зараз використовується на практиці. Це пояснюється характеристикою СТК та його поведінкою у разі досягнення ним межі регулювання реактивної потужності ().

Рис. 1. Поєднання характеристики генерування реактивної потужності СТК (1) з PV- кривими при наявності (2) та відсутності СТК (3)

Моделювання впливу СТК, а саме отримані залежності напруги від перетоку по перетинам ОЕС України-Крим та ОЕС України-Одеса, Молдова підтверджують достовірність зробленого висновку щодо підвищення критичної напруги у разі встановлення СТК.

Внаслідок похибок розрахунку та ймовірнісного характеру граничного перетоку  при відсутності СТК надійність режимів забезпечується роботою з перетоками не більше максимально допустимих з нормативними запасами зі стійкості по активній потужності та по напрузі , що відповідає існуючим критеріям допустимості режимів. У разі встановлення СТК, внаслідок збільшення, необхідно сформувати нові критерії та визначити можливість зменшення запасів зі стійкості.

Результати моделювання граничних режимів за динамічною стійкістю засвідчили, що в перетинах, пропускна здатність яких обмежена саме динамічною стійкістю, ТУПК не має переваг перед звичайним УПК. Обидва пристрої однаково дозволяють збільшити або критичний час відключення КЗ, або граничний перетік. У випадку ТУПК відразу після відключення КЗ відбувається швидке збільшення ємнісного реактансу пристрою (форсування), що зменшує комплексний опір ЛЕП з ТУПК та стабілізує передачу.

Моделювання впливу на коливальну стійкість продемонструвало позитивний ефект ТУПК на демпфірування коливань потужності по ЛЕП завдяки гнучкій зміні у часі реактивного опору пристрою. Показано, що найбільш ефективним вхідним параметром контролера ТУПК, з точки зору якості перехідних процесів, є не зміна у часі активної потужності, що використовується зараз, а швидкість зміни різниці кутів напруги по кінцях ЛЕП (рис. 2).

Рис. 2. Кутові характеристики (1,4), характер коливань потужності (2,5) та кута (3,6) при зменшеній синхронізуючій потужності у разі відсутності (1,2,3) та наявності ТУПК (4,5,6), відповідно

Теоретично це пояснюється тим, що в режимах зі зменшеною синхронізуючою потужністю коливання потужності є полігармонічним процесом впродовж перших періодів, у той час як коливання кута – гармонічним. Результати моделювання підтвердили, що регулювання реактивного опору ТУПК за похідною кута напруги завжди призводить до меншої амплітуди коливань та часу перехідного процесу порівняно з існуючим методом демпфірування по локальному параметру (рис. 3).

Рис. 3. Результати моделювання коливань потужності при регулюванні ТУПК по зміні активної потужності (1) та по зміні різниці кутів напруги (2)

Таким чином, проведені комплексні дослідження стійкості режимів електричних систем з ГПЗС дозволили одержати нові висновки. Зокрема, розширене відоме практичне положення щодо впливу систем ГПЗС на стійкість: встановлено, що за ступенем впливу на статичну стійкість за напругою СТК має переваги над ТУПК, у той час як ТУПК має переваги над СТК за ступенем впливу на статичну стійкість за кутом та на коливальну стійкість.

У четвертому розділі досліджено граничні режими та питання підвищення пропускної здатності перетинів електричних систем з ГПЗС. З метою уніфікації методів аналізу стійкості запропоновано відображення класифікації стійкості, що використовується в зарубіжній літературі (у тому числі в нормативних документах – Посібнику з експлуатації UCTE) в терміни, що застосовуються у вітчизняній (зокрема, в ГКД – Стійкість енергосистем). На цій основі удосконалено класифікацію граничних режимів, введено новий критерій граничного режиму – резерв реактивної потужності СТК.

У роботі було проведено порівняння ефективності двох, найбільш поширених, заходів з підвищення пропускної здатності перетинів: застосування СТК та впровадження компактних ЛЕП. Останні – це ЛЕП підвищеної натуральної потужності з керованими шунтувальними реакторами (КШР). Підвищення натуральної потужності досягається шляхом реконструкції ЛЕП за рахунок збільшення кількості проводів у фазі та зближення фаз. Компактна ЛЕП працює в режимах не більше, ніж її натуральна потужність, тому КШР потрібен для споживання реактивної потужності.

Для проведення порівняльного аналізу введено співвідношення натуральної потужності () до ідеальної межі потужності ЛЕП (). Доведено, що це співвідношення залежить лише від довжини () ЛЕП:

.

На основі цієї залежності визначено зони ефективності СТК та компактних ЛЕП. Зоні ефективності СТК відповідає зона недовикористання пропускної здатності, що включає «короткі» ЛЕП з перетоками, більшими, ніж їх натуральна потужність (рис. 4).

Рис. 4. Залежність співвідношення від довжини ЛЕП та зони ефективності СТК та компактних ЛЕП

Достовірність отриманої залежності підтверджується результатами моделювання режимів на розрахунковій моделі ММ НЕК «Укренерго» (рис. 5).

Рис. 5. Результати розрахунків Pнат/Pгр від довжин ЛЕП 220-750 кВ на розрахунковій моделі ОЕС України

До зони недовикористання пропускної здатності «потрапляють» ЛЕП з ідеальною межею потужності, що значно більше, ніж їх натуральна потужність. Останнє характерне саме для коротких ЛЕП. Якщо така ЛЕП в режимі максимуму навантажень енергосистеми «несе» потужність, більшу, ніж натуральна, але значно меншу, ніж гранична, то такий режим не є економічним через значні втрати реактивної потужності, а пропускна здатність ЛЕП недовикористовується. Пропускна здатність вимушено обмежена за умов статичної стійкості за напругою. Встановлення СТК дозволяє покращити режим роботи та підвищити ефективність використання пропускної здатності таких ЛЕП.

Отримані результати дозволили сформувати положення, відповідно до якого для збільшення пропускної здатності «коротких» ЛЕП (до 300 км), «перевантажених» по натуральній потужності, застосування СТК є більш ефективним засобом, ніж конструктивні заходи по збільшенню її натуральної потужності шляхом реконструкції та впровадження КШР. Це дозволило отримати «перше наближення» у вирішенні задачі вибору об’єктів для впровадження СТК в ОЕС України, розробити відповідний метод та надати рекомендації щодо вибору ГПЗС.

Як було встановлено раніше, граничний режим перетинів дефіцитних енергосистем за умов порушення статичної стійкості «за напругою» настає при відносно високих значеннях критичної напруги, відразу після досягнення СТК межі регулювання реактивної потужності. Цю особливість доцільно використати в ПА запобігання порушенню стійкості в якості найбільш точного критерію настання граничного режиму, що дозволяє створити підсистему гнучкого автоматичного повторного ввімкнення споживачів, які були вимкнені дією спеціальної автоматики вимкнення навантаження (САВН). Така підсистема в післяаварійному режимі контролює резерви реактивної потужності на СТК та послідовно вмикає навантаження, що зменшує час та кількість знеструмлених споживачів у разі аварії в енергосистемі.

Однак результати досліджень показали, що для окремих електричних систем з розподіленою по мережі генерацією стійкість за напругою може бути втрачена навіть при наявності резервів реактивної потужності на генераторах. Такі резерви – це «замкнена» реактивна потужність, тобто реактивна потужність, яка не може бути використана для підтримки напруги. Для врахування «замкненої» реактивної потужності в роботі було введено та формалізовано поняття активного резерву з реактивної потужності.

Активний резерв з реактивної потужності визначається як різниця між мінімальним значенням реактивної потужності в точці втрати стійкості () для випадків вимкнення одного з елементів у зоні регулювання згідно з відомим принципом надійності UCTE () та поточним значенням реактивної потужності генератора ():

,

у той час як звичайний резерв реактивної потужності

,

де  – максимальна реактивна потужність генератора згідно з його характеристикою потужності; – активна потужність генератора (рис. 6).

Тоді критерій наявності «замкненої» реактивної потужності

та критерій наближення до граничного режиму набуває виду

.

Отже, запропоновано використання активного резерву з реактивної потужності  як критерію граничного режиму, який відрізняється від існуючих тим, що враховує наявність мережевих обмежень з видачі реактивної потужності, тобто «замкнену» потужність на електростанціях та СТК і, таким чином, дозволяє оцінити наближення поточного режиму до точки втрати стійкості за напругою до випадку вимкнення найбільш критичного елементу перетину.

Рис. 6. Характеристика потужності генератора та резерви з реактивної потужності

Враховуючи зростаючу економічну неефективність САВН з точки зору ринкових відносин в електроенергетиці, показано, що замість ПА з САВН пропускна здатність може бути збільшена шляхом застосування СТК, який дозволяє збільшити граничний перетік по перетину. Але через те, що пропускна здатність, згідно з принципом (), обмежується мінімальним з аварійно-допустимих перетоків при втраті найбільш впливового елементу перетину, сформовано критерій визначення максимальної потужності СТК. Максимальна потужність СТК () має бути не більше такої величини, щоб аварійно-допустимий перетік у разі відключення СТК () був найменший () серед всіх аварійно-допустимих перетоків, пов’язаних з відключенням одного будь-якого елементу перетину:

.

Подальше збільшення потужності СТК призводить до зростання граничного перетоку, але не призводить до збільшення пропускної здатності перетину.

Формалізовано задачу інтеграції ГПЗС в електричні системи. Для цього, по-перше, введено технічний критерій оцінки ефективності застосування пристроїв ГПЗС. Це – збільшення пропускної здатності перетину () на одиницю потужності пристрою ГПЗС ():

.

По-друге, визначено п’ять основних індексів чутливості, що ранжують системи шин (СШ) та ЛЕП за привабливістю щодо встановлення СТК та ТУПК:

де– напруга на СШ підстанції (ПС); – реактивна потужність, приєднана до СШ;– напруги на СШ у режимі відсутності навантаження; – реактивній опір ЛЕП; – втрати реактивної потужності в ЛЕП; – перетік активної потужності по перетину.

Для врахування особливостей ОЕС України, зокрема тривалого часу існування неоптимальної схеми основної мережі внаслідок частих ремонтів зношеного обладнання, розроблено новий метод вибору оптимального типу, потужності та місць встановлення пристроїв ГПЗС в електричних системах.

Розроблений метод відрізняється від існуючих тим, що враховує наявність ПА та ремонтно-аварійні схеми і дозволяє суттєво (майже вдвічі) збільшити ефективність СТК згідно з введеним технічним критерієм. Метод реалізовано у схемі вибору систем ГПЗС та використовується в НЕК «Укренерго» у складі методології підвищення ефективності використання існуючих зв’язків проблемних перетинів ОЕС України. Практичне значення результату обумовлено тим, що використання розробленого методу та схеми забезпечило для дефіцитних енергосистем ОЕС України технічну ефективність СТК на рівні 0,5-0,6 МВт/Мвар, у той час як ефективність більшості відомих впроваджень СТК у світі складає лише 0,2-0,3 МВт/Мвар.

Через те, що пропускна здатність визначається виключно розрахунковим шляхом, для дослідження можливостей її збільшення проаналізовано характер вхідних даних, припущення, що приймаються при розрахунках. При розрахунках граничних режимів ми маємо справу з деякою невизначеністю та стохастичністю, які обумовлюються низкою прийнятих допущень, недосконалістю математичних моделей, неточністю вхідних даних і ймовірнісним характером навантажень. При наявності невизначеності й стохастичності у вихідних даних можна говорити лише про деяку оцінку розрахункових значень граничних режимів. У таких умовах будь-яка однозначно отримана традиційними методами величина граничного перетоку створює лише хибне уявлення про її точність. Насправді, детермінований підхід (що використовується зараз для визначення пропускної здатності перетинів) дає не точне значення граничного перетоку, а деяке значення, похибка якого в рамках цього підходу не визначена. Це і є однією з основних причин достатньо великого нормативного запасу зі стійкості в 20%. Сьогодні величина нормативного запасу зі стійкості базується на досвіді експлуатації, вона єдина для всіх перетинів, тобто не враховує особливості окремих перетинів та енергосистем, дуже спрощено враховує нерегулярні коливання потужності і вже понад 30 років не змінюється, незважаючи на розвиток засобів ідентифікації та моделювання режимів електричних систем.

Тому в роботі запропоновано та проведено стохастичне моделювання граничних перетоків методом Монте-Карло відповідно до розробленого алгоритму. Виявлено основні фактори, від яких залежать його статистичні характеристики. Зокрема, для дефіцитних енергосистем невизначеність статичних характеристик навантажень (СХН) споживачів та можливі зміни рівнів напруги на опорних ПС сусідніх енергосистем призводять до найбільшої дисперсії граничного перетоку. З іншого боку, показано, що вплив неточності моделей інших елементів на похибку розрахунків граничного перетоку невеликий і може бути врахований запасом лише в 3-5%. Статистична обробка результатів моделювання показала, що щільність розподілу ймовірності граничного перетоку погоджується з нормальним законом (законом Гауса).

За результатами стохастичного моделювання продемонстровано ймовірнісний характер граничного перетоку та запропоновано вираз для оцінки ймовірності порушення стійкості. Ймовірність порушення стійкості це – ймовірність того, що перетік по перетину, який обмежений нормативним значенням максимально допустимого перетоку, перевищить величину граничного перетоку:

,

де  та  – оцінки середньоквадратичного відхилення та середнього значення граничного перетоку. Ймовірність порушення стійкості залежить від дисперсії граничного перетоку. Таким чином, зменшуючи дисперсію розрахункового значення граничного перетоку, можливо відповідно збільшувати за умов незмінної ймовірності порушення стійкості. Збільшення  досягається шляхом зменшення запасу зі статичної стійкості. Дисперсію граничного перетоку можливо зменшити шляхом уточнення параметрів моделей елементів та «виведення» з числа невизначених окремих режимних параметрів. Для цього покращення спостережуваності режимів має супроводжуватися модернізацією ПА. Це, по-перше, дасть змогу використовувати поточні значення режимних параметрів для адаптивного перерахунку пропускної здатності і уникнути її недовикористання; по-друге, зменшення дисперсії граничного перетоку дозволяє збільшити розрахункове значення пропускної здатності шляхом надійного зменшення запасу зі стійкості. Під надійним зменшенням запасу розуміємо, що ймовірність порушення стійкості не збільшиться (площа АВС дорівнює площі DFG на рис.7) .

Рис. 7. Щільність ймовірності граничних перетоків при меншій (1) та більшій (2) спостережуваності режиму та ймовірність порушення стійкості

Таким чином, доведено залежність між спостережуваністю режимів електричних систем та ймовірністю порушення статичної стійкості. Запропоновано рівняння збільшення максимально допустимого перетоку без втрати надійності за рахунок зменшення дисперсії розрахункового значення граничного перетоку:

.

Індекс () у лівій частині рівняння означає характеристики перетоку після підвищення рівня спостережуваності. Чисельне розв’язання рівняння відносно змінної  дозволяє кількісно оцінити збільшення пропускної здатності існуючих зв’язків перетинів шляхом надійного зменшення запасів зі стійкості при підвищенні рівня спостережуваності режимів:

.

Отримані результати дали змогу розробити метод кількісної оцінки збільшення пропускної здатності перетинів за рахунок надійного зменшення запасів зі стійкості при підвищенні рівня спостережуваності режимів. Практична значущість отриманого результату в тому, що він уможливлює чітке економічне обґрунтовування впровадження засобів моніторингу режимів та модернізації ПА з точки зору збільшення пропускної здатності. Достовірність методу підтверджена результатами розрахункових експериментів, отриманих на діючий моделі ОЕС України. Зокрема, для перетину ОЕС України – Крим показано, що підвищення рівня спостережуваності режиму за рахунок моніторингу напруги на СШ-330 кВ Криворізької і Запорізької ТЕС та використання цих напруг в ПА Криму дозволяє вдвічі зменшити дисперсію розрахункового значення граничного перетоку, без втрати надійності зменшити запас зі стійкості (з нормативних 20 до 9%) та підвищити пропускну здатність цього напруженого перетину на 130 МВт, або на 10%.

П’ятий розділ містить результати розвитку методів розрахунку та аналізу втрат електроенергії в електричних системах. Зокрема, показано здатність пристроїв ГПЗС маршрутизувати потоки потужності та оптимізувати режими електричних систем за критерієм мінімуму втрат електроенергії, проведено модифікацію методу розрахунку транзитних втрат і поширено його на фрагментовані мережі, розроблено метод розрахунку складової втрат у замкнених мережах 110-154 кВ від режимів мереж 220-750 кВ і метод оцінки втрат у мережах 6(10)-35 кВ, удосконалено метод характерних режимів для коригування прогнозних обсягів втрат електроенергії в мережах 220-750 кВ.

Враховуючи те, що проблема втрат електроенергії надзвичайно важлива для ОЕС України, у роботі приділено увагу цим питанням. За результатами моделювання на розширеній моделі ОЕС України виявлено вплив режимів роботи ММ на потокорозподіл потужностей та втрати електроенергії в замкнених ЛМ 110-154 кВ. Використовуючи вектор стану режиму на інтерфейсі між ММ та ЛМ, визначено умови відсутності впливу режимів, запропоновано формулу розрахунку складової втрат в ЛМ, що викликана впливом режимів ММ:

,

де  – втрати активної потужності як функція від сумарних струмів () у фактичному режимі; – втрати активної потужності як функція лише від струмів навантаження () споживачів ЛМ у режимі, що відповідає відсутності будь-якого впливу ММ (комплекси напруги у всіх вузлах інтерфейсу рівні між собою); – втрати активної потужності як функція лише від зрівняльних струмів (), що відповідає відсутності навантажень ЛМ (зрівняльні струми обумовлюються різними комплексами напруги у вузлах інтерфейсу).

Розроблено алгоритм розрахунку складової втрат у ЛМ, що викликана впливом режимів ММ. Алгоритм дозволив встановити, що в ЛМ 154 кВ Херсонобленерго 43% загальних втрат електроенергії (близько 38 млн. кВтг на рік) обумовлені впливом режимів ММ та режимом роботи Каховської ГЕС.

Показано, що маршрутизація потоків потужності за допомогою ТУПК дозволяє зменшити негативний вплив ММ на ЛМ. На типовому фрагменті інтерфейсу між ММ та ЛМ проілюстровано, що за рахунок ТУПК можливо не тільки перерозподіляти втрати між мережами, але і зменшувати їх.

В ММ ОЕС України визначення обсягу прогнозних витрат електроенергії визначається за статистичною моделлю. Однак через реконструкцію окремих вузлів ОЕС України, зокрема ПС 500 кВ «Новодонбаська», ПС 750 кВ «Київська» існує необхідність коригування прогнозу втрат. Для коригування прогнозних обсягів втрат доопрацьовано метод характерних режимів у частині класифікації схем ММ, що дало змогу на базі розрахунків та аналізу декількох характерних режимів врахувати зміни в мережі при визначенні втрат електроенергії. Метод у формі алгоритму коригування використовується для визначення обсягів втрат в ММ ОЕС України. Результати випробування в НЕК «Укренерго» свідчать, що похибка прогнозування втрат після коригування не перевищує 10%.

Фрагментовані мережі – це ЛМ на території однієї області, окремі ділянки яких (фрагменти) належать різним ЕК. У таких мережах всі ЕК є транзитерами електроенергії по відношенню одна до одної. Тому виникає питання розрахунку транзитних втрат та складання балансів втрат від взаємних перетоків потужності. Через різну природу транзитів у територіально-розподілених та фрагментованих електричних мережах (рис. 8) існуючий метод розрахунку транзитних втрат в енергосистемах був розвинутий в частині урахування взаємних перетоків та поширений на фрагментовані ЛМ.

Рис. 8. Транзит потужності в територіально-розподілених та фрагментованих локальних електричних мережах

Також запропоновано модель міжсистемних балансів втрат від взаємних перетоків потужності (рис. 9). Метод визнано НКРЕ України та використовується для аналізу обґрунтованості встановлення та перегляду тарифів на послуги з передачі електричної енергії суміжним електропостачальним організаціям, а також величини компенсації витрат електричної енергії ліцензіатів.

Використання розробленого методу дало змогу НКРЕ України впровадити обґрунтований та недискримінаційний механізм взаєморозрахунків між ліцензіатами. Метод та модель впроваджено в Донецькобленерго у формі алгоритмів та рекомендацій. Зокрема, встановлено, що протягом кожного місяця Донецькобленерго має компенсуватися 18 млн. кВтг. У тому числі 8.4 млн. кВтг від ДП «Укренерговугілля», 8.2 млн. кВтг від ПЕМ «Енерговугілля» та 1.2 млн. кВтг від компанії «Сервісінвест».

Рис. 9. Модель міжсистемних балансів втрат від взаємних перетоків потужності в фрагментованих локальних електричних мережах, де– втрати активної потужності в мережі ЕК i від передачі потужності споживачам компанії j

У РЕМ 6(10)-35 кВ для розрахунку втрат електроенергії використовуються спрощені методи: метод середніх навантажень, метод «тау», метод типових графіків. Це обумовлено відсутністю даних щодо навантажень ТП. Ці детерміновані методи в умовах неповноти режимної інформації створюють хибне уявлення про їх точність. Насправді, вони дають не точне значення втрат, а значення, похибка якого невизначена. Тому в роботі було розроблено метод оцінки втрат у РЕМ, який відрізняється від відомих тим, що вимагає в якості режимних вхідних даних лише значення струму по фідерах на ПС. Метод оснований на побудові залежностей втрат у фідері  від струмового навантаження  по головній ділянці (рис. 10). Залежність формується за результатами стохастичного моделювання навантажень ТП, розрахунків усталеного режиму та втрат у фідері для кожного випробування Монте-Карло. Метод дозволив ранжувати фідери за втратами та визначити основні осередки втрат. Метод та алгоритм розрахунків впроваджено в п’яти РЕМ Донецькобленерго. На базі методу розроблено спосіб, захищений патентом України.

Рис. 10. Залежності втрат активної потужності в обладнанні фідера РЕМ  від струму по головній ділянці фідера

У шостому розділі представлено реалізацію та практичне застосування розроблених методів та моделей для реальних задач планування, управління та аналізу режимів ОЕС України. Зокрема, модель протиаварійного управління на основі принципу зворотного моделювання розвитку аварій реалізовано в структурі комплексу ПА Східного Донбасу, розроблено методику ТЕО впровадження ГПЗС в електричних системах з використанням принципів їх перспективного розвитку з урахуванням можливостей систем ГПЗС. Крім того, розроблено заходи щодо збільшення пропускної здатності перетинів ОЕС України за допомогою систем ГПЗС.

З метою перевірки достовірності та обґрунтованості сформульованих положень було проведено їх верифікацію шляхом розрахункових експериментів на діючий моделі ОЕС України. Реалізація положень щодо підвищення пропускної здатності перетинів при збільшенні рівня спостережуваності потребує врахування впливу зв’язків 110-154 кВ, що шунтують перетини.

Досліджено різні аварійні режими таких перетинів і показано, що шунтувальна мережа, яка не входить до складу контрольованого перетину, позитивно впливає на величину граничних перетоків, але негативно – на ефективність САВН.  Для кількісного врахування її впливу визначено принцип зворотного моделювання розвитку аварій.

Сутність принципу полягає у «зворотному відтворенні» процесів, що відбуваються при аваріях, зокрема вимкненні ЛЕП та дії ПА на САВН. На його основі розроблено модель протиаварійного управління та схему розрахунків граничних та максимально допустимих перетоків у перетинах зі зв’язками, що не спостерігаються. Модель та схема розрахунків використовуються при розробці структури комплексів ПА та складанні диспетчерських інструкцій для таких перетинів, зокрема, при робочому проектуванні ПА Східного Донбасу. Перетин Донбас – ЛуТЕС складається з ліній 220-330 кВ, які є спостережувані. Однак у цьому районі є шунтувальна мережа, що складається з чотирьох ліній 110 кВ. Через те, що ця ЛМ не є спостережуваною, при розрахунках уставок ПА її наявністю нехтують. Іншими словами – приймають припущення, що вона розімкнена, в той час як апріорі диспетчеру відомо, що 99 % часу вона є замкненою. Такі припущення призводять до недовикористання пропускної здатності перетину.

Практичне значення результату полягає в тому, що зазначена ПА здатна врахувати наявність неконтрольованої мережі, що дозволило підвищити пропускну здатність перетину Донбас – ЛуТЕС на 100 МВт (рис. 11).

Узагальнюючи результати досліджень, сформульовано основні науково-технічні принципи перспективного розвитку електричних систем на базі ГПЗС:

  •  принцип оптимального поєднання традиційного та інноваційного напрямків перспективного розвитку;
  •  принцип невизначеності граничних режимів електричних систем;
  •  принцип стохастичного моделювання перспективних режимів;
  •  принцип гнучкого регулювання параметрів перспективної мережі та режимів;
  •  принцип оптимального вибору систем ГПЗС для перспективних схем та принцип єдиного об’єктно-орієнтованого інформаційного середовища для комп’ютерного моделювання розвитку ОЕС України.

Основною метою цих принципів є розробка та вдосконалення методів та підходів до підвищення ступеня гнучкості та керованості перспективної схеми ОЕС України, що в цілому забезпечує підвищення надійності та економічності режимів роботи національної енергосистеми. Принципи покладено в основу розробленої та впровадженої в НЕК «Укренерго» методики ТЕО проектів інтеграції ГПЗС, що дозволило сформувати рекомендації з застосування ГПЗС та визначити потребу в цих засобах при перспективному розвитку ОЕС України.

Зокрема, для збільшення на 200 МВт пропускної здатності перетину ОЕС України – Крим рекомендується встановлення СТК потужністю +350/-150 Мвар на СШ 330 кВ ПС 330 кВ «Сімферопольська», що дозволить також нормалізувати рівні напруги в режимах мінімуму навантажень. Технічна ефективність СТК складає 0.57 МВт/Мвар. Вартість реалізації проекту близько 110 млн. грн. Відносна вартість збільшення пропускної здатності 550 тис грн. / МВт. Термін окупності 3-4 роки. Результати були представлені на засіданні секції перспективного розвитку науково-технічної ради НЕК «Укренерго», де було прийнято рішення щодо реалізації проекту.

Проведення розрахунків за розробленими методиками по перетину ОЕС України – Одеса, Молдова (перетин без ПА) засвідчили, що встановлення СТК потужністю 400 Мвар на ПС 330 кВ «Усатове» збільшить пропускну здатність цього перетину на 244 МВт, або на 19%. Технічна ефективність складає 0.61 МВт/Мвар. Вартість реалізації проекту близько 120 млн. грн. Відносна вартість збільшення пропускної здатності 490 тис грн. / МВт.

Рис. 11. Модифікована структура комплексу ПА перетину Донбас-ЛуТЕС

У додатках містяться опис моделей, викладки окремих методів, лістинг тексту програми моделювання ПА та документи, що підтверджують впровадження та практичне використання результатів роботи.


ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі розв’язана важлива для електроенергетики науково-прикладна проблема управління режимами роботи електричних систем с гнучкими передачами змінним струмом на базі розвитку теорії стійкості та моделювання режимів, вдосконалення моделей протиаварійного управління, які враховують особливості ОЕС України, що дозволило сформувати рекомендації з застосування ГПЗС, спрямовані на збільшення пропускної здатності перетинів та підвищення економічності передачі електроенергії. При цьому отримано наступні результати.

  1.  Протиріччя між економічною дерегуляцією та надійністю режимів електричних систем є серед головних причин більшості системних аварій. Аналіз показав, що в сучасних умовах розвитку електроенергетики зняття протиріч у певній частині лежить на шляху підвищення рівня гнучкості управління режимами електричних систем через застосування технологій ГПЗС. Встановлено, що впровадження ГПЗС в електричні системи нашої країни потребує методологічного розвитку існуючих методів аналізу та управління режимами, стійкості, врахування особливостей ОЕС України.
  2.  На основі удосконаленої моделі СТК показано можливість більш точного моделювання граничних за статичною стійкістю режимів роботи великих енергосистем, таких як ОЕС України, при впровадженні набору пристроїв ГПЗС.
  3.  За результатами комплексних досліджень стійкості режимів електричних систем з ГПЗС встановлено, що за ступенем впливу на статичну стійкість за напругою СТК має переваги над ТУПК, у той час як ТУПК має переваги над СТК за ступенем впливу на статичну стійкість за кутом та на коливальну стійкість. Показано, що в перетинах, пропускна здатність яких обмежена динамічною стійкістю, регульований ТУПК не має переваг перед звичайним УПК. Продемонстровано позитивний вплив ТУПК на демпфірування низькочастотних коливань потужності, а найбільш ефективним параметром регулювання ТУПК (з точки зору якості перехідних процесів) є швидкість зміни відносного кута напруги.
  4.  Виявлено, що для дефіцитних електричних систем з СТК фактичне значення критичної напруги в граничних за статичною аперіодичною стійкістю режимах збільшується до 80-95% від номінальної напруги, що значно перевищує нормативне значення. Тому нормативне значення критичної напруги не може бути надійним критерієм граничного за стійкістю режиму. Все це призводить до необхідності пошуку нових критеріїв та перегляду принципів організації ПА в таких енергосистемах.
  5.  Запропоновано новий більш надійний критерій наближення режиму дефіцитних електричних систем до точки втрати стійкості за напругою на основі поняття активного резерву з реактивної потужності. Запропонований критерій відрізняється від існуючих тим, що враховує наявність «замкнутої» реактивної потужності на електростанціях та СТК і, таким чином, дозволяє оцінити наближення поточного режиму до точки втрати стійкості у разі вимкнення найбільш критичного елементу.
  6.  Сформовано та обґрунтовано положення, відповідно до якого застосування СТК є більш ефективним засобом збільшення пропускної здатності «коротких» ЛЕП (до 300 км), «перевантажених» по натуральній потужності, ніж їх реконструкція, що спрямована на підвищення натуральної потужності шляхом збільшення кількості проводів у фазі та зближення фаз. З іншого боку, для ЛЕП-750 кВ ОЕС України, що переважно мають довжину, більшу за 300 км, привабливішими виглядають заходи з підвищення натуральної потужності. Використання запропонованих положень дозволило сформувати зони ефективності застосування СТК в ОЕС України, що знаходять застосування при складанні схем перспективного розвитку енергосистем.
  7.  Запропоновано системне вирішення задачі інтеграції ГПЗС в електричні системи, зокрема, визначено технічний критерій оцінки ефективності застосування пристроїв ГПЗС в ОЕС України; розроблено новий метод вибору пристроїв ГПЗС, що враховує вплив ПА та ремонтно-аварійних схем; розроблено підходи та методики, що дозволяють суттєво (майже вдвічі) збільшувати ефективність СТК при підвищенні пропускної здатності перетинів електричних систем.
  8.  Враховано ймовірнісний характер порушення стійкості та запропоновано вираз для оцінки ймовірності порушення стійкості. Показано, що вплив неточності моделей елементів на помилку розрахунків граничного перетоку може бути врахований запасом в 3-5%. Виявлено залежність між спостережуваністю режимів електричних систем та ймовірністю порушення статичної стійкості та розроблено метод кількісної оцінки збільшення пропускної здатності перетинів шляхом надійного зменшення запасів зі стійкості при підвищенні спостережуваності режимів. Використання методу дозволяє обґрунтовувати економічну доцільність впровадження засобів моніторингу режимів та модернізації ПА з точки зору збільшення пропускної здатності перетинів. Достовірність запропонованого підходу доведена на розрахунковій моделі ОЕС України, де показано, що незначне підвищення спостережуваності за рахунок встановлення засобів моніторингу напруги  лише в двох опорних вузлах та використання поточних режимних параметрів в алгоритмах функціонування ПА дозволяє підвищити пропускну здатність перетину ОЕС України – Крим на 130 МВт, або 9% при зниженні запасів зі стійкості.
  9.  Виявлено вплив режимів роботи магістральних мереж на втрати електроенергії в локальних мережах і вдосконалено методи аналізу та розрахунку цих втрат: розвинуто метод розрахунку транзитних втрат в магістральних мережах і поширено його на фрагментовані локальні мережі; удосконалено метод характерних режимів для коригування величини прогнозованих втрат у магістральних мережах ОЕС України; розроблено метод оцінювання втрат в мережах 6(10)-35 кВ, що дозволяє проводити розрахунки при відсутності режимних даних щодо графіків навантажень. Одержані результати дозволяють визначити величину технічних втрат електроенергії в локальних мережах 110-154 кВ, що пов’язана з неоптимальними режимами роботи магістральних мереж, які не враховані в нормативних показниках та повинні бути компенсовані обленерго; зменшити похибку прогнозування втрат електроенергії в магістральних мережах ОЕС України до 10% та ідентифікувати основні осередки втрат у розподільних мережах.
  10.  Сформульовано принцип зворотного моделювання розвитку аварій, на основі якого удосконалено модель протиаварійного управління, що на відміну від існуючих враховує неконтрольовану частину перетину та дозволяє збільшити пропускну здатність таких перетинів. Розроблена модель дозволила вдосконалити структуру комплексу ПА Східного Донбасу, зокрема підвищити коефіцієнт ефективності САВН, надійність ПА та збільшити пропускну здатність перетину Донбас – район ЛуТЕС на 100 МВт.
  11.  У результаті узагальнення основних положень досліджень визначено і обґрунтовано основні науково-технічні принципи перспективного розвитку електричних систем на базі ГПЗС. На основі цих принципів розроблено методику ТЕО впровадження ГПЗС в електричних системах, що дозволила підвищити ефективність використання існуючих зв'язків проблемних перетинів ОЕС України.
  12.  Достовірність та обґрунтованість сформульованих положень і висновків обумовлюються коректною постановкою задач та використанням підходів до їх вирішення, які відповідають сучасним науковим теоріям щодо природи фізичних явищ, що відбуваються в електричних системах, верифікацією наукових результатів експериментальними методами та їх апробацією на міжнародних науково-технічних конференціях, а практичних – впровадженнями та використаннями в ОЕС України та на підприємствах електроенергетики країни.
  13.  Результати дисертаційних досліджень знайшли застосування на практиці в магістральних мережах 220-750 кВ ОЕС України НЕК «Укренерго», локальних мережах 6-154 кВ Донецьк- та Херсонобленерго. Крім того, методи розрахунку та аналізу втрат електроенергії були використані НКРЕ України при регулюванні тарифної політики в електроенергетиці. Практичні результати можуть бути використані в Мінпаливенерго, енергокомпаніями, проектними інститутами та іншими організаціями, що пов’язані з управлінням та розвитком електричних систем. Низка теоретичних положень може бути використана у навчальному процесі при підготовці магістрів та аспірантів електроенергетичних факультетів технічних університетів України.

ОСНОВНІ ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

  1.  Павловський В.В. Прогнозування обсягів передачі і величини витрат електричної енергії в магістральних мережах ОЕС України / В.В. Павловський, Е.І. Удод, В.М. Молчанов // Новини енергетики. – 2005. – № 10. – С. 42– 45.
  2.  Коробчук К.В. Методика визначення обсягів передачі електричної енергії магістральними та міждержавними лініями та втрат при її передачі / К.В. Коробчук, В.В. Павловський, В.М. Молчанов // Праці ІЕД НАНУ. – 2005. – № 2(11). – С. 36–39.
  3.  Куденко Г.Е. Вероятностный подход к определению расчетных нагрузок ТП 6-10/0,4 кВ распределительных сетей / Г.Е. Куденко, В.В. Павловский, Д.В. Бондар // Новини енергетики. – 2005. – № 1. – С. 47– 52.
  4.  Куденко Г.Е. Статистический подход к учету несимметричных нагрузок в расчетах потерь мощности в распределительных сетях / Г.Е. Куденко, В.В. Павловский, А.А. Сидоренко // Наук. праці ДонНТУ. – 2005. – Вип. 98. – С. 89– 94. (Серія: «Електротехніка і енергетика»).
  5.  Куденко Г.Е. Моделирование несимметричных нагрузок при расчете потерь в распределительных электрических сетях / Г.Е. Куденко, Д.В. Бондарь, В.В. Павловский, В.С. Макогончук // Новини енергетики. – 2005. – № 7. – С. 36 – 39.
  6.   Павловский В.В. Метод оперативного оценивания величины потерь мощности в распределительных сетях в условиях неполноты режимной информации / В.В. Павловський // Праці ІЕД НАНУ. – 2006. – № 1(13). – С. 7–14.
  7.   Павловский В.В. К вопросу создания методологии оптимального технологического управления электрическими системами в условиях динамического рынка электроэнергии / В.В. Павловський // Праці ІЕД НАНУ. – 2006. – № 2(14). – С. 63–64.
  8.  Павловский В.В. Возможность снижения потерь электроэнергии в сетях 110-154 кВ, вызванных режимами работы магистральных сетей ОЭС Украины / В.В. Павловський // Праці ІЕД НАНУ. – 2006. – № 3(15). – С. 117–120.
  9.  Стогний Б.С. Особенности управления режимами ОЭС Украины при реформировании рынка электроэнергии / Б.С. Стогний, А.В. Кириленко, В.В. Павловский // Техн. електродинаміка. – 2006. – Ч. 1. – С. 69–72. (Тем. вип.: «Силова електроніка та енергоефективність»).
  10.  Кириленко О.В. Режимне застосування систем гнучких передач змінним струмом в енергосистемах / О.В. Кириленко, В.В. Павловський // Техн. електродинаміка. – 2007. – Ч. 1. – С. 88–91. (Тем. вип.: «Силова електроніка та енергоефективність»).
  11.  Павловский В.В. Моделирование и анализ влияния тиристорно-управляемых УПК на колебательную устойчивость энергосистем / В.В. Павловский // Праці ІЕД НАНУ. – 2007. – № 18. – С. 34–41.
  12.   Павловский В.В. Управление потерями в замкнутых неоднородных электрических сетях с помощью регулируемых устройств продольной компенсации / В.В. Павловский // Энергетика и электрификация. – 2007. – № 7. – С.59–62.
  13.  Стогній Б.С. Принципи протиаварійного управління для збереження стійкості дефіцитних енергосистем зі зв’язками, що не спостерігаються / Б.С. Стогній, В.В. Павловський, К.В. Ущаповський, А.В. Левконюк // Новини енергетики. – 2008. – № 3. – С.43–50.
  14.   Павловский В.В. Повышение пропускной способности существующих сечений за счет снижения нормативного запаса статической устойчивости / В.В. Павловский, А.В. Левконюк // Новини енергетики. – 2008. – № 5. – С.47–51.
  15.  Павловський В.В. Підвищення пропускної здатності перетину ОЕС України-Крим та нормалізація рівнів напруги за рахунок адаптивної компенсації реактивної потужності / В.В. Павловський, К.В. Ущаповський, М.Є. Зорін, А.В. Левконюк, В.С. Макогончук // Новини енергетики. – 2008. – № 8. – С.8–16.
  16.  Павловский В.В. Предельные режимы энергосистем. Метод Монте-Карло / В.В. Павловский, А.В. Левконюк // Праці ІЕД НАНУ. – 2008. – № 19. – С. 24–33.
  17.   Павловський В.В. Вибір оптимального типу, місця і потужності пристроїв адаптивної компенсації / В.В. Павловський, А.В. Левконюк // Праці ІЕД НАНУ. – 2008. – № 21. – С. 23–28.
  18.  Павловський В.В. Перспективні напрямки підвищення пропускної здатності перетину Україна-Крим / В.В. Павловський // Техн. електродинаміка. – 2008. – Ч. 3. – С. 121–124. (Тем. вип.: «Силова електроніка та енергоефективність»).
  19.   Павловський В.В. Принцип зворотного моделювання для врахування зв’язків, що не спостерігаються, в протиаварійній автоматиці перетинів енергосистем / В.В. Павловський // Наук. праці ДонНТУ. – 2008. – Вип. 8(140). – С. 86– 89. (Серія: «Електротехніка і енергетика»).
  20.   Стогній Б.С. Підвищення пропускної здатності «слабких» перетинів енергосистем з використанням технології ГПЗС (FACTS) / Б.С. Стогній, О.В. Кириленко, В.В. Павловський, А.В. Левконюк // Техн. електродинаміка. – 2009. – № 2. – С. 63–68.
  21.   Павловський В.В. Моделювання роботи автоматичного регулятора збудження генератора та статичного тиристорного компенсатора в динамічних режимах / В.В. Павловський, А.О. Стелюк, В.С. Макогончук, А.В. Левконюк // Энергетика и электрификация. – 2009. – № 3. – С. 30–33.
  22.  Павловський В.В. Дванадцять способів збільшення пропускної здатності перетинів енергосистем / В.В. Павловський, А.В. Левконюк // Новини енергетики. – 2009. – № 2. – С. 25–29.
  23.   Основні положення методології оптимального вибору систем FACTS при перспективному розвитку ОЕС України / К.В. Ущаповський, В.Б. Зайченко, В.В. Павловський, А.В. Левконюк, В.С. Макогончук // Новини енергетики. – 2009. – № 4. – С. 30–36.
  24.   Пат. UA 40590 U Україна, МПК(2009) G01D 21/00. Спосіб визначення втрат активної потужності та електроенергії при передачі електроенергії розподільчими електричними мережами / В.В. Павловський, Г.О. Куденко; заявники та патентовласники В.В.Павловський, Г.О.Куденко; № 200604858; заявл. 03.05.2006; опубл. 27.04.2009, Бюл. № 8.
  25.  Стогний Б.С. Определение транзитных потерь мощности в фрагментированных электрических сетях областных энергоснабжаюших компаний / Б.С. Стогний, В.В. Павловский // Энергетическая политика Украины. – 2004. – № 5. – С. 60–65.
  26.  Павловский В.В. Инженерный расчет потерь мощности и энергии в электрических сетях, основанный на моделировании установившихся режимов / В.В. Павловский, Г.Е. Куденко // Электрические сети и системы. – 2004. – № 3. – С. 17–22.
  27.  Павловский В.В. Способ определения потерь электроэнергии в замкнутых электрических сетях областных энергоснабжающих компаний, вызванных режимами работы магистральных сетей ОЭС Украины / В.В. Павловский // Энергетическая политика Украины. – 2004. – № 10. – С. 86– 91.
  28.  Павловский В.В. Анализ влияния магистральной сети 220-750кВ на режимы замкнутых электрических сетей 110 кВ областных энергоснабжающих компаний / Павловский В.В. // В сб. «Стан і майбутнє енергетики України», Науково-технічне видання, НТСЕУ, ОЕП «ГРІФРЕ», Київ. – 2005. – С. 151–152.
  29.  Павловский В.В. Технические потери электроэнергии: нормирование или експертиза / В.В. Павловский // Энергетическая политика Украины. – 2005. – № 10. – С. 92–95.
  30.   Павловський В.В. Кількісна оцінка підвищення пропускної здатності перетинів при покращенні ступеня спостережуваності та керованості режимів енергосистем [Електронний ресурс] / В.В. Павловський // Сайт Донецького головного комп’ютингового центру – 2009. – 8 с. – Режим доступу: http://dmcc.com.ua/doc/TTCvsSurv.pdf.
  31.  Negnevitsky M. Neural Networks Approach to Online Identification of Multiple Failures of Protection Systems / M.Negnevitsky, V.Pavlovsky // IEEE Trans. on Power Delivery. – 2005. – Vol. 20, № 2. – P. 588–594.
  32.   Pavlovsky V. Power Transfer Capability Assessment of Transmission Interfaces with SVC and Load Shedding Systems / V. Pavlovsky, Y. Dolzhenitsa, and K. Ushapovskiy // Power and Energy Systems: 9th IASTED Int. Conf., 7-9 Sep., 2009: Proc. – Palma, Spain, 2009. – P. 132–136.

АНОТАЦІЇ

Павловський В.В. Аналіз та методи управління режимами електричних систем з гнучкими передачами змінним струмом. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.14.02 – електричні станції, мережі і системи. – Інститут електродинаміки НАН України, Київ, 2010.

Дисертація присвячена розв’язанню важливої науково-технічної проблеми управління режимами роботи електричних систем з гнучкими передачами змінним струмом (ГПЗС) на основі розвитку теорії стійкості та моделювання режимів, моделей протиаварійного управління, які враховують особливості ОЕС України, що дозволило сформувати рекомендації щодо застосування ГПЗС, які спрямовані на збільшення пропускної здатності перетинів та підвищення економічності передачі електроенергії.

У роботі проведено математичне моделювання та комплексні дослідження граничних за стійкістю режимів роботи електричних систем з ГПЗС, досліджено ефективність СТК для підвищення пропускної здатності «слабких» перетинів, розроблено метод вибору типу, потужності та місць встановлення пристроїв ГПЗС в електричних системах, встановлено та обґрунтовано можливість підвищення пропускної здатності перетинів електричних систем шляхом зменшення запасу зі статичної стійкості, виявлено вплив режимів роботи ММ на втрати електроенергії в ЛМ та вдосконалено моделі аналізу і методи розрахунку транзитних втрат електроенергії в ММ та фрагментованих ЛМ, вдосконалено модель протиаварійного управління в перетинах зі зв’язками, що не спостерігаються, та сформовано основні наукові принципи перспективного розвитку електричних систем з урахуванням можливостей систем ГПЗС.

Отримані наукові результати дозволили розробити методику ТЕО впровадження ГПЗС в електричних системах, сформувати практичні рекомендації та визначити потребу (типи, потужності, місця та кількість) в системах ГПЗС, необхідну для вирішення проблеми гнучкості та надійності ОЕС України.

Ключові слова: електричні системи, гнучкі передачі змінним струмом, граничні режими, стійкість, втрати електроенергії, пропускна здатність перетинів, протиаварійна автоматика.

Павловский В.В. Анализ и методы управления режимами электрических систем с гибкими передачами переменного тока. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.14.02 – электрические станции, сети и системы. – Институт электродинамики НАН Украины, Киев, 2010.

Диссертация посвящена решению важной научно-технической проблемы управления режимами работы электрических систем с гибкими передачами переменным током (ГППТ) на базе развития теории устойчивости и моделирования режимов, моделей противоаварийного управления, которые учитывают особенности ОЭС Украины, что позволило сформировать рекомендации по применению ГППТ, направленные на увеличение пропускной способности сечений и повышение экономичности передачи электроэнергии.

Установлено, что в современных условиях развития электроэнергетики наблюдаются противоречия между экономической дерегуляцией и надежностью режимов энергосистем, что является главной причиной большинства системных аварий. Разрешение противоречий лежит на пути повышения уровня гибкости управления режимами электрических систем путем применения новейших технологий ГППТ. Показано, что внедрение технологий ГППТ в ОЭС Украины нуждается в методологическом развитии существующих подходов к анализу и управлению режимами, устойчивости с учетом особенностей отечественной электроэнергетики. Сформулированы задачи по повышению эффективности управления режимами электрических систем.

Усовершенствована модель СТК, что позволило выполнять корректное моделирование предельных режимов и в целом обеспечило возможность исследования устойчивости электрических систем с ГППТ.

Проведены комплексные исследования устойчивости режимов электрических систем с ГППТ и получены новые выводы, в частности показано, что по степени влияния на статическую устойчивость по напряжению СТК имеет преимущество перед ТУПК, в то время как ТУПК имеет преимущество перед СТК по степени влияния на статическую устойчивость по углу и на колебательную устойчивость.

Показано, что для дефицитных электрических систем с СТК фактическое значение критического напряжения в граничных по статической устойчивости режимах может значительно превышать нормативное. Предложено и формализовано понятие активного резерва по реактивной мощности, что позволило сформировать новый критерий приближения режима энергосистемы к точке «лавины» напряжения.

Сформировано и обосновано положение, согласно которому применение СТК является более эффективным средством увеличения пропускной способности «коротких» ЛЭП (до 300 км) «перегруженных» по натуральной мощности, чем модернизация ЛЭП с целью создания компактных ЛЭП.

Усовершенствована существующая методология выбора типа, мощности и мест установки устройств ГППТ в энергосистемах. Предложен новый метод, который по сравнению с известными, учитывает влияние ПА и ремонтно-аварийных схем на эффективность устройств ГППТ.

Установлен вероятностный характер нарушения устойчивости и предложено выражение для оценки вероятности нарушения устойчивости, выявлены основные факторы, от которых зависит величина такой вероятности. Разработан метод количественной оценки увеличения пропускной способности сечений путем надежного уменьшения запасов по устойчивости при повышении уровня наблюдаемости режимов.

Разработаны метод и алгоритм расчета транзитных потерь электроэнергии и модель, учитывающая межсистемные балансы потерь от взаимных перетоков мощности в фрагментированных локальных сетях. Усовершенствован метод характерных режимов для корректировки прогнозных объемов потерь электроэнергии в магистральных сетях ОЭС Украины. Разработан метод оценки величины потерь в распределительных сетях, который отличается от известных тем, что требует в качестве входных данных только значения тока по фидеру.

Разработана модель противоаварийного управления, что в отличие от существующих учитывает неконтролируемую часть сечения и позволяет увеличить пропускную способность сечений с ПА. Принцип и модель были использованы при разработке структуры комплекса ПА Восточного Донбасса.

Определены и обоснованы основные научно-технические принципы перспективного развития энергосистем на базе систем ГППТ, обобщающие результаты исследований, и на базе этих принципов разработана методика ТЭО внедрения ГППТ в электрических системах.

Ключевые слова: электрические системы, гибкие передачи переменного тока, предельные режимы, устойчивость, потери электроэнергии, пропускная способность сечений, противоаварийной автоматики.

Pavlovsky V.V. Power system states’ analysis and control methods with Flexible Alternative Currents Transmission Systems. – Manuscript.

The dissertation for Doctor of technical sciences degree by specialty 05.14.02 – power plants, networks and systems. – Institute of Electrodynamics of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2010.

The dissertation is devoted to the solving of the important scientific and technical problem of the power system control with Flexible Alternative Currents Transmission Systems (FACTS) based on the development of the stability and simulation theories, anti-emergency control systems models, which take into consideration the particularities of Interconnected Power System of Ukraine, that allows to create the recommendations on FACTS applications aimed to increase total transfer capacity and power transmission efficiency of transmission corridors.

The mathematical simulation and comprehensive studies of the stability issues with FACTS have been done; the effectiveness of SVC to increase transfer capacity of the "weak" interfaces has been examined; the method of FACTS type, place of installation and size selection has been developed; the possibility of transfer capacity increase of transmission corridors by reducing reliability margin (small signal stability margin) has been determined; the effect of EHV networks’ influence on energy losses in the HV meshed networks has been uncover; the models and methods for transitive energy losses calculation have been improved, the model of anti emergency control for interfaces with unsupervised OHL has been developed; the fundamental scientific principles of the power systems long-term planning with FACTS have been formulated.

The obtained results have allowed to develop scientific methods for the efficient FACTS integration in power systems and to create practical recommendations and identify the need (types, capacity, location and quantity) of FACTS necessary to solve the flexibility and reliability problem of the Ukrainian interconnected power system.

Key words: power systems, FACTS, stability margin states, stability, energy losses, transfer capacity, anti-emergency automation.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

81707. Проблема походження людини та суспільства 26.28 KB
  Релігійна гіпотеза походження людини базується на біблійних переказах про створення Богом світу і людини гріхопадіння Адама і Єви Всесвітній потоп про те що заповідав Бог людям та регламентацію життєдіяльності людини яка викладена в заповідях. Космічна гіпотеза походження людини базується на припущенні що життя принесено на Землю з Космосу у тому числі в його цивілізованих проявах. Еволюційна гіпотеза походження життя...
81708. Поэма Н. В. Гоголя «Мертвые души» как «малый род эпопеи». Гоголь о замысле поэмы 46.75 KB
  Гоголь о замысле поэмы. Гоголь задумал монументальное произведение в трех томах великую национальную поэму стремясь показать не только современную Россию Русь с одного боку но пытался заглянуть в ее завтрашний день раскрыть положительные начала русской жизни указать родине путь к спасению. Гоголь стал изображать людей обыкновенных а не приятные только исключения из общих правил . Гоголь раскрывает ту социальную основу которая сформировала характеры героев поэмы: дворянский паразитизм расцветший на почве...
81709. Двенадцать А. А. Блока – поэма о революции. Чтение наизусть и разбор отрывка из поэмы 31.47 KB
  Но вместе с тем блоковское понимание революции было ограниченным: поэт слышал в ней по преимуществу одну музыку музыку разрушения старого мира и именно ее громовое звучание он передал в Двенадцати Разумное же организующее созидательное начало пролетарской революции оставалось Блоку как и прежде; в значительной мере неясным. Восприятие Октябрьской революции как мирового пожара явственно сказалось в Двенадцати определив как сильные так и слабые стороны поэмы. Прогнивший старый мир с буржуями барынями попами и витиями осужден...
81710. Испытание любовью как средство характеристики героя в произведениях отечественной классики 19 веке 33.02 KB
  Способность человека любить – это для Т. критерий его состоятельности, и своих героев писатель непременно проводит через это испытание. Любовь в мироощущении Т. всегда отмечена знаком трагедии. Он говорит о чувстве либо отвергнутом, либо неосуществленном, либо оборванном на первой высокой ноте. Любовь трагична, ибо она по сути своей есть стремление к идеалу, идеал же недостижим.
81711. Футуризм как литературное направление. Анализ одного стихотворения поэта-футуриста 38.85 KB
  В творчестве Хлебникова Бурлюка зазвучали отголоски славянофильства свойственного русскому декадентству начала века. Хлебникова посвоему раннего Маяковского. Хлебникова В. Основные положения футуристической программы выразились в творчестве Велимира Хлебникова Виктора Владимировича Хлебникова 1885 1922 ведущего участника группы кубофутуристов или будетлян как назвал их поэт.
81712. Мысль семейная в произведениях отечественной классики 19 веке 32.23 KB
  Писатель считает что основой формирования личности является семья. Семья в понимании Т. Идеалом семейного бытия является семья Ростовых. и княжны Марьи состоявшееся Семья Н.
81713. Фантастические мотивы и образы в произведениях отечественной литературы 46.25 KB
  Петербургские повести с включением Коляски и отрывка Рим были объединены Гоголем в III томе Собрания его сочинений в 1842 г. Три повести Арабесок рассредоточены по всему сборнику чередуясь с историческими и эстетическими этюдами. Портрет является опытом создания романтической фантастической повести на современном материале. В повести она воплощается в образе ростовщика Петромихали его денег его страшного портрета.
81714. Тема России в поэзии А. Блока. Чтение наизусть и разбор одного стихотворения 32.56 KB
  В основе символизма лежит философия Владимира Соловьева, именем которого было ознаменовано для Блока - и не для него одного – начало 90 – х г. г. 19 в., то есть период « Прекрасной Дамы». Учение, теократию В. Соловьева можно довольно точно определить как воплощение духовного в жизненном. Вечная Женственность
81715. Черты социально – бытовой драмы и высокой трагедии в пьесе А. Островского « Гроза». Речевая характеристика персонажей 35.44 KB
  Катерина луч света в темном царстве по выражению Добролюбова появилась не откуда-то из просторов другой жизни другого исторического времени ведь патриархальный Калинов и современная ему Москва где кипит суета или железная дорога о которой рассказывает странница Феклуша это разное историческое время а родилась сформировалась в тех же калиновских условиях. О подробно демонстрирует это уже в экспозиции пьесы когда Катерина рассказывает Варваре о своей жизни в девичестве Главный мотив этого рассказа все пронизывающая любовь к...