Разработка и исследование системы автоматического управления средствами компенсации реактивной мощности на подстанциях

Актуальность темы

Внедрение в практику эксплуатации ЭЭС принципиально новых подстанционных средств компенсации реактивной мощности (СКРМ), таких как: управляемые шунтирующие реакторы, статические тиристорные компенсаторы, устройства типа СТАТКОМ, асинхронизированные синхронные компенсаторы и др., перед оперативным персоналом крупных узловых подстанций возникает целый комплекс задач по согласованному управлению подстанционными СКРМ для поддержания заданного уровня напряжения, минимизации потерь и обеспечения требуемого качества электроэнергии. Особенно сложным становится решение задач по согласованному управлению комплексом СКРМ, установленным на подстанции, при изменении режимов работы и состава включенного в работу оборудования электрически близких электросетевых объектов, когда интенсивность влияния СКРМ на уровни напряжения может существенно изменяться.

Известны опытные разработки систем автоматического регулирования напряжения и реактивной мощности для подстанций СВН. К таким разработкам относятся традиционные системы автоматического регулирования, реализующие специальные детерминированные алгоритмы управления, разрабатываемые для каждой конкретной подстанции, системы управления многосвязными многомерными объектами с универсальными алгоритмами и системы управления с использованием нечеткой логики.

Разработанные системы автоматического регулирования напряжения и реактивной мощности на подстанциях, не учитывают изменения режимов работы электрически близких электросетевых объектов и в определенных режимах могут не обеспечить требуемую скоординированность и согласованность реализации команд оперативно-диспетчерского управления, что повлечет недопустимые отклонения уровней напряжения в системообразующих сетях в процессе регулирования.

Кроме того, разработанные системы автоматического регулирования напряжения и реактивной мощности не реализуют возможность снижения потерь электроэнергии и повышения ее качества за счет обоснованного выбора состава средств компенсации реактивной мощности, привлекаемых в процессе автоматического регулирования, из комплекса СКРМ, установленного на подстанции.

Настоящая диссертационная работа посвящена решению вышеперечисленных вопросов, а именно разработке и исследованию системы автоматического управления СКРМ для поддержания заданного уровня напряжения на шинах подстанции при одновременном снижении потерь электроэнергии и повышении качества электроэнергии в СКРМ в условиях изменения режимов работы и состава включенного в работу оборудования электрически близких электросетевых объектов.

Тема диссертации соответствует «Программе комплексного технического перевооружения электрических сетей ОАО „ФСК ЕЭС“ на 2004;2012 г.», указанной в «Положении о технической политике ОАО «ФСК ЕЭС».

Цель работы. Разработка и исследование системы автоматического управления средствами компенсации реактивной мощности на подстанциях (САУ СКРМ ПС) для поддержания заданного уровня напряжения на шинах при одновременном снижении потерь электроэнергии и повышение качества электроэнергии в СКРМ. Основные задачи исследования.

1. Анализ состояния вопроса. Постановка цели и задач исследования.

2. Разработка и исследование способа и структуры автоматического управления комплексом подстанционных средств компенсации реактивной мощности.

3. Разработка методик определения параметров функционирования системы автоматического управления комплексом средств компенсации реактивной мощности.

4. Разработка и исследование алгоритмов управления для практического использования в системах автоматического управления комплексом.

Объект и предмет исследования.

Объектом исследования являются подстанции СВН, оборудованные средствами компенсации реактивной мощности.

Предметом исследования являются системы автоматического управления средствами компенсации реактивной мощности.

Методы научных исследований.

Методы научных исследований базируются на теории электрических цепей, теории автоматического управления, на расчетных методах исследования и математическом программном моделировании режимов работы систем автоматического управления.

Достоверность и обоснованность результатов.

Достоверность и обоснованность результатов базируется на применении фундаментальных положений таких дисциплин, как теоретические основы электротехники и теории автоматического управления, и подтверждается совпадением значений параметров функционирования системы автоматического управления, полученных с применением различных методов моделирования исследуемых режимов работы системы автоматического управления.

Научная новизна работы.

1. Выявлено, что подстанции СВН с различными схемами соединений, являющиеся многомерными многосвязными объектами управления, могут быть представлены эквивалентированным объектом управления с одним входом (обобщенный сигнал пропорциональный суммарной величине реактивной нагрузки всех установленных на подстанции СКРМ) и одним выходом (напряжение на регулируемых шинах подстанции).

2. Предложен новый способ и структура автоматического управления СКРМ, отличающиеся использованием обобщенного сигнала управления пропорционального суммарной величине нагрузки комплекса СКРМ.

3. Разработана методика расчета управляющих воздействий по обобщенному сигналу управления, обеспечивающая снижение потерь электроэнергии и повышение ее качества в СЬСРМ.

4. Разработана методика коррекции параметров системы автоматического управления СКРМ, обеспечивающая ее адаптивность к режиму работы электрически близких электросетевых объектов.

Практическая ценность работы.

Проведенные научные исследования позволили получить следующие практические результаты:

1. На основе предложенного способа автоматического управления разработан и программно реализован алгоритм управления СКРМ с использованием суммарной величины реактивной мощности в качестве обобщенного сигнала управления.

2. Разработан и программно реализован алгоритм расчета управляющих воздействий для каждого СКРМ по обобщенному сигналу управления, реализующий методику расчета управляющих воздействий.

3. Разработан и программно реализован алгоритм расчета параметров коррекции для адаптации САУ СКРМ ПС к изменениям режима работы электрически близких электросетевых объектов, реализующий методику расчета параметров коррекции системы.

4. Разработанные алгоритмы формируют основу для создания программного обеспечения при их практическом использовании в САУ СКРМ ПС и обеспечивают скоординированное управление комплексом СКРМ в условиях изменения режимов работы и состава включенного в работу оборудования электрически близких электросетевых объектов, а так же снижение потерь и повышение качества электроэнергии в СКРМ.

5. Полученные в диссертационной работе результаты внедрены: в части разработки алгоритмов управления подстанционными СКРМ и компьютерного моделирования режимов работы системы автоматического управления СКРМ в ЗАО НПК «Дельфин-Информатика» при разработке типового программно-технического комплекса системы автоматического регулирования напряжения и реактивной мощности подстанцийв части реализации способа и структуры автоматического управления СКРМ, а также методик и алгоритмов определения параметров функционирования в Московском Филиале ОАО «Южный Инженерный Центр Энергетики» в процесс разработки проектов подстанций СВН в качестве одного из вариантов создания систем автоматического управления СКРМ.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Результаты исследования нового способа и структуры автоматического управления СКРМ с использованием обобщенного сигнала управления на основе эквивалентированного представления подстанции как объекта управления.

2. Методика и алгоритм расчета управляющих воздействий по обобщенному сигналу управления.

3. Методика и алгоритм определения параметра коррекции системы автоматического управления по данным текущих измерений.

Личный вклад соискателя.

Постановка и формализация задач, разработка теоретических и методических положений, математических моделей и методов, проведение исследований, анализ и обобщение результатов.

Автор выражает благодарность работникам кафедры РЗиА Эс МЭИ (ТУ) за оказанное содействие при написании диссертационной работы и лично д.т.н. проф. Максимову Б. К. и к.т.н. доц. Арцишевскому Я.Л.

Апробация результатов диссертации.

Основные положения диссертации докладывались на международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов (Москва, МЭИ. 2003, 2004 гг.), на научно-технической конференции в Южно-Российском Государственном Техническом Университете (Новочеркасск, 2005 г.), на научно-технических совещаниях в ОАО «Институт «Энергосетьпроект» (Москва, 2005;2007 гг.), на П-м Всероссийском Конкурсе молодых специалистов инжинирингового профиля в области электроэнергетики, проводимом РАО ЕЭС России (Геленджик, 2007 г.), на научно-технической конференции «Электрические сети России» (Москва, 2009 г.).

Опубликованные работы.

По теме диссертации опубликовано четыре печатных работы, три из них в изданиях по списку ВАК.

Структура и объем диссертации

.

Диссертация включает введение, 4 главы, заключение, список использованной литературы из 62 наименований и 2 приложения. Основной материал изложен на 131 странице и содержит 52 рисунка и 1 таблицу.

4.3 Выводы.

1. Разработан и программно реализован алгоритм управления СКРМ с использованием суммарной величины реактивной мощности в качестве обобщенного сигнала управления, позволяющий управлять комплексом СКРМ, установленным на подстанции, как единым объектом.

2. Разработан и программно реализован алгоритм расчета управляющих воздействий для каждого СКРМ по обобщенному сигналу управления, обеспечивающий снижение потерь и повышение качества электроэнергии в СКРМ.

3. Разработан и программно реализован алгоритм коррекции настроечных параметров по данным текущих измерений в реальном режиме времени, позволяющий сделать подстанционную систему регулирования напряжения адаптивной к изменениям режима работы электрически близких электросетевых объектов.

4. Разработанные алгоритмы формируют основу для создания технологического программного обеспечения при их практическом использовании в САУ СКРМ ПС.

Заключение

.

Основные научные и практические результаты, представляющие законченную работу, решают актуальную научно-техническую задачу разработки и исследования системы автоматического управления средствами компенсации реактивной мощности на подстанциях СВН. Обобщенно результаты работы состоят в следующем:

1. Предложен и исследован новый способ и структура автоматического управления СКРМ на основе эквивалентированного представления подстанции как объекта управления, отличающийся использованием обобщенного сигнала управления.

2. Разработаны методики и алгоритмы, включая их программную реализацию, для определения управляющих воздействий и параметра коррекции системы автоматического управления, обеспечивающие снижение потерь и повышение качества электроэнергии в СКРМ, а также адаптивность системы к изменениям режимов работы электрических близких электросетевых объектов.

3. Разработанные алгоритмы формируют основу для создания программного обеспечения при их практическом использовании в САУ СКРМ ПС.

4. Полученные в диссертационной работе результаты внедрены: в части разработки алгоритмов управления подстанционными СКРМ и компьютерного моделирования режимов работы системы автоматического управления СКРМ в ЗАО НПК «Дельфин-Информатика» при разработке типового программно-технического комплекса системы автоматического регулирования напряжения и реактивной мощности подстанцийв части реализации способа и структуры автоматического управления СКРМ, а также методик и алгоритмов определения параметров функционирования в.

Московском Филиале ОАО «Южный Инженерный Центр Энергетики» в процесс разработки проектов подстанций СВН в качестве одного из вариантов создания систем автоматического управления СКРМ. Акты внедрения результатов диссертационной работы приведены в Приложении 2.