Применение адаптивной автоматической частотной разгрузки в энергосистеме

Статья раскрывает условия применения адаптивной автоматической частотной разгрузки в энергосистеме, этапы действия устройств АЧР, а также основные требования, предъявляемые к ним.

Ключевые слова: автоматическая частотная разгрузка, система адаптивного отключения, энергосистема, уставка, математическая модель.

Важнейшим параметром режима энергосистемы и одним из основных показателей качества электрической энергии, характеризующим соответствие произведенной и потребленной электроэнергии является частота.

Непрерывное производство электроэнергии и постоянное изменение объемов потребления требует ежедневного контроля. Возникающие колебания баланса мощности приводят к отклонениям частоты от номинального уровня.

Стабилизация частоты на номинальном уровне, путем автоматического регулирования нагрузки генераторов электростанции, для поддержания планового баланса мощности, является основным условием выдержки режима энергосистемы.

Для предотвращения падений частоты применяют автоматическую частотную разгрузку (АЧР), позволяющую отключать часть потребителей при возникновении дефицита мощности.

АЧР-метод противоаварийной автоматики, предназначенный для предотвращения недопустимого снижения частоты и сохранения целостности энергосистемы, который направлен на повышение надежности работы, путем отключения наименее важных потребителей.

Основное назначение автоматической частотной разгрузки является ликвидация дефицита активной мощности и восстановление частоты сети до необходимого уровня. Отключение от сети наименее ответственных потребителей производится по заранее избранной схеме.

Основная цель АЧР — это предотвращение снижения частоты в дефицитных частях энергосистемы, тем самым недопущение развития аварии в энергосистеме.

Устройство традиционной АЧР состоит из 3 основных категорий:

1. АЧР I — быстродействующая разгрузка, позволяет предотвратить глубокое снижение частоты в первое время развития аварии.
2. АЧР II — медленно действующая разгрузка, предназначена для восстановления частоты до нормального значения.
3. Дополнительная разгрузка действует при возникновении дефицита мощности.

1. Ликвидация аварий с дефицитом активной мощности;
2. Аварийное изменение частоты в допустимой частотно-временной зоне;
3. Минимальный объем отключённых потребителей;
4. Ликвидация аварий с минимизацией ущерба.
5. Подъем частоты до значений, при которых энергосистема работает нормально.
6. Недопустимо излишнее срабатывание при синхронных качаниях и асинхронных режимах;
7. Контроль рабочего состояния устройств;
8. Предсказание развития аварийной ситуации. [1]

Для наиболее эффективного действия устройств АЧР необходимо совместное сочетание с другими видами автоматики. При аварийном снижении частоты не допускается срабатывание устройств автоматического повторного включения и автоматического включения резерва.

Традиционный расчет и построение АЧР ориентирован на работу разгрузки в изолированной энергосистеме. Учитывая небольшое количество очередей, при обеспечении селективность действия разгрузки, мощность излишне отключаемых потребителей соответственно слишком большая и подъем частоты возможен более 50 Гц, в других же случаях может наблюдаться дефицит.

Традиционная АЧР не имеет определенного порядка для отключения, помимо учета категории потребителей, следовательно, происходит поочередное отключение ступеней от каждого потребителя до полного восстановления частоты.

Такая система разгрузки не является адаптивной, т. е. «самонастраивающейся» и расчет уставок каждой очереди достаточно сложный.

В настоящее время реализуемая адаптивная, т. е. «самонастраивающаяся» АЧР основывается на принципе существенного увеличения числа очередей. Ступени между очередями минимальные. Гибкость системы АЧР достигается путем увеличения числа очередей с минимальной нагрузкой. [3]

Снижение числа излишних отключений, приводит к снижению потерь прибыли, а, следовательно, и к повышению эффективности методов управления режимами энергосистемы. [2]

Величина уставок выбирается из условия допустимой длительной работы турбины и электростанции в целом. Верхние уставки АРЧ I, АРЧ II принимают 49 Гц, нижний уровень уставок обусловлен предотвращением глубокого снижения частоты.

Увеличение числа очередей АЧР и устройств в каждой очереди позволяет уменьшить последствия отказов и предостеречь от неправильных действий различных устройств разгрузки, а также может ликвидировать любую сложную аварийную ситуацию.

При возникающем дефиците мощности устройства АЧР действуют следующим образом:

1. Срабатывают очереди АЧР I с низкими уставками по частоте;
2. Срабатывают очереди АЧРII с большими уставками по времени;
3. Совместное действие АЧР I и АЧР II.

Такая система адаптивного отключения нагрузки позволит быстро отключить наименее значимые фидера и не допустить чрезмерный или недостаточный сброс нагрузки. [5]

1. Гибкость системы АЧР;
2. Оценка состояния работы системы в режиме реального времени;
3. Автоматическое отслеживание параметров;
4. Живучесть технологической схемы;
5. Быстродействие системы и моментальный обмен информацией.

Этапы действия устройств АЧР при адаптивном отключении нагрузки:

1. Наполнение математической модели;
2. Произведение расчетов;
3. Контроль изменения параметров, условий эксплуатации, потребляемой мощности;
4. Составление таблиц отключений;
5. Реализация отключений нагрузки;
6. Соблюдение порядка отключения потребителей. [4]

Для развития и реализации данного вида адаптивного отключения нагрузки необходимо:

1. Применение современного оборудования;
2. Усовершенствованные средства РЗиА;
3. Разработка эффективных систем автоматизированного управления перетоками мощности.

Основные преимущества использования адаптивной АЧР:

1. Эффективность работы энергосистемы;
2. Способность системы к самовосстановлению;
3. Гибкость и синхронность на изменения в системе;
4. Стабильность и самовосстановление;
5. Надежность электроснабжения;
6. Максимальная наблюдаемость и самодиагностика;
7. Сокращение времени перебоев в электроснабжении;
8. Сокращение убытков.

Диагностика состояния оборудования, ранжирование рисков отказа и оценка перетоков активной мощности в режиме реального времени в энергосистеме возможна при помощи адаптивной АЧР на базе концепции Smart Grid.

В случае аварийного режима определяется общее состояние сети, прогнозируются отказы и формируются команды управления в энергосистеме. Уменьшение объемов отключаемой нагрузки способствует снижению потерь прибыли, следовательно, будет способствовать повышению эффективности методов управления режимами энергосистем. [2]

Применение адаптивной автоматической частотной разгрузки в энергосистеме весьма эффективно, так как современные принципы разгрузки обеспечивают успешную ликвидацию аварийных ситуаций с дефицитом мощности при различном характере возникновения нарушений, процессах их протекания, различном дефиците, а также исключают возможность излишнего отключения нагрузки независимо от характера нарушения.

Литература:

1. Рабинович Р. С. Автоматическая частотная разгрузка энергосистем /. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1989. — 352 с
2. Арестова А. Ю., Савенкова К. С. Создание программируемой автоматической частотной разгрузки на базе технологии SMART GRID /ФГБОУ ВО НГТУ// Автоматика и программная инженерия. 2016. № 2 (16). С. 9–13.
3. Павлов Г. М. Автоматическая частотная разгрузка энергосистем. / — 2-е изд., — РАО «ЕЭС России» // Центр подготовки кадров энергетики (СЗФ АО «ГВЦ Энергетики»), 2002 г.
4. Кубарьков Ю. П, Фомин П. В. Некоторые особенности построения математической модели для устройства адаптивного отключения нагрузки // Труды Кольского научного центра РАН. 2012. № 3 (12).
5. Бернер М. С., Брухис Г. Л., Гуревич Ю. Е. Проблемы применения аварийной разгрузки больших распределительных сетей // Электро. 2008. № 5. C. 12–19.