СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СОСТАВОМ И ЗАГРУЗКОЙ ГЕНЕРАТОРОВ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ С СОБСТВЕННЫМИ НАГРУЗКАМИ, РАБОТАЮЩЕЙ ИЗОЛИРОВАННО И ПАРАЛЛЕЛЬНО С ПРИЕМНОЙ ЭНЕРГОСИСТЕМОЙ

ПРЕДЛАГАЕМОЕ ИЗОБРЕТЕНИЕ ОТНОСИТСЯ К области электроэнергетики и может быть использовано в электроэнергетических системах, электрических сетях при управлении режимами выдачи мощности в приемную энергосистему электрическими станциями с собственными нагрузками.

ИЗВЕСТЕН СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СОСТАВОМ И ЗАГРУЗКОЙ ГЕНЕРАТОРОВ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ С СОБСТВЕННЫМИ НАГРУЗКАМИ, РАБОТАЮЩЕЙ ИЗОЛИРОВАННО ОТ ВНЕШНИХ ЭНЕРГОСИСТЕМ (СТО 59012820.29.240.001-2011 Стандарт организации (ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО «СИСТЕМНЫЙ ОПЕРАТОР ЕДИНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ». Автоматическое противоаварийное управление режимами энергосистем. Противоаварийная автоматика энергосистем. Условия организации процесса. Условия создания объекта. Нормы и требования. Издание официальное. С.19-23) при котором,

минимальное количество включенных генераторов определяется максимальной нагрузкой на интервале постоянства включенных генераторов и резервной мощностью (по критерию n-1), обеспечивающей надежность электроснабжения потребителей при аварийном отключении наиболее мощного из генераторов

,

где Рнmax – максимальная нагрузка на интервале постоянства включенных генераторов, Ррез – резервная мощность, kн - коэффициент запаса по мощности генератора, учитывающий погрешность измерений и ошибку прогнозирования мощности нагрузки.

Способ осуществляется следующим образом

• По ретроспективным данным определяется для интервала постоянства включенных генераторов.

• Подбирается оптимальный состав включенных генераторов, достаточный для несения нагрузки и дополнительный генератор, мощностью не менее самого крупного из генераторов, необходимых для покрытия нагрузки.

• Генераторы синхронизируются и включаются под нагрузку, причем регулирование суммарной мощности осуществляется путем первичного регулирования скорости и вторичного регулирования частоты, а распределение суммарной мощности между генераторами осуществляется путем группового регулирования мощности или по долевому участию ведомых генераторов в мощности ведущего генератора.

При возникновении аварийных небалансов мощности для предотвращения отключения генераторов и погашения станции используются быстродействующее отключение части генераторов (при сбросе нагрузки) или части нагрузки (при набросе мощности, АЧР, ДАР).

ОДНАКО УКАЗАННЫЙ СПОСОБ обладает следующими недостатками:

• невозможность использования избыточных установленных мощностей электростанции (низкий коэффициент использования установленной мощности - КИУМ) для выработки электроэнергии, что снижает ее экономическую эффективность, в т.ч. увеличивает срок окупаемости;

• необходимость отключения части нагрузки при аварийных небалансах мощности, что снижает надежность электроснабжения потребителей; отключение энергоблоков электростанции, чувствительных к набросам/сбросам мощности с последующим погашением электростанции и отключением потребителей, что также снижает надежность их электроснабжения.

КРОМЕ ТОГО, ИЗВЕСТЕН СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СОСТАВОМ И ЗАГРУЗКОЙ ГЕНЕРАТОРОВ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ С СОБСТВЕННЫМИ НАГРУЗКАМИ, РАБОТАЮЩЕЙ ПАРАЛЛЕЛЬНО С ПРИЕМНОЙ ЭНЕРГОСИСТЕМОЙ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЙ ПОДДЕРЖАНИЕ ПОСТОЯНСТВА (ИЛИ ОГРАНИЧЕНИЕ) ПЕРЕДАВАЕМОЙ В ПРИЕМНУЮ ЭНЕРГОСИСТЕМУ МОЩНОСТИ. (СТО _59012820.29.240.001-2011 Стандарт организации (ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО «СИСТЕМНЫЙ ОПЕРАТОР ЕДИНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ»). Автоматическое противоаварийное управление режимами энергосистем. Противоаварийная автоматика энергосистем. Условия организации процесса. Условия создания объекта. Нормы и требования. Издание официальное. С.17-18), при котором

• Синхронизируют автономно работающую электростанцию с приемной энергосистемой.

• Включают с синхронизацией дополнительные генераторы, вводят их в состав генераторов группового регулирования мощности, переводят групповое регулирование мощности генераторов в режим регулирования перетока мощности в приемную энергосистему.

• Увеличивают уставку группового регулятора мощности до разрешенного значения перетока мощности по связям электростанции с приемной энергосистемой.

• При возникновении нарушений нормального режима для предотвращения нарушений устойчивости или развития аварии отключают электрические связи, обеспечивающие режим параллельной работы (при необходимости с отключением части генераторов).

Используются два варианта осуществления способа:

а) С постоянным перетоком по сечению

(Рсеч = Рзад =const),

где Рсеч – передаваемая по сечению электрической связи с приемной энергосистемой мощность, Рзад – заданная величина передаваемой мощности.

в) С ограничением перетока

(Рсеч < Рзад ),

причем, положительный переток соответствует режиму выдачи в приемную энергосистему избыточных мощностей электростанции.

Способ повышает (КИУМ) экономическую эффективность станции.

ОДНАКО УКАЗАННЫЙ СПОСОБ не обеспечивает требуемую надежность работы электростанции и электроснабжения ее потребителей, т.к. при нарушениях нормального режима (в т.ч. при глубоких снижениях напряжения или частоты в энергосистеме) в силу неизбежного несбалансированного деления сети возникает сброс мощности и небаланс на валах генераторов электростанции, при превышении уровня допустимости которых отключаются генераторы электростанции с последующим отключением нагрузки.

КРОМЕ ТОГО, ИЗВЕСТЕН СПОСОБ управления многоагрегатной системой выработки электроэнергии с собственными нагрузками, работающей как в островном (изолированном от внешней питающей сети) режиме, так и параллельно с внешней питающей сетью (патент США №7,122,916 В2, кл. H02J 3/04 (2006.1)), при котором система управления выдает управляющие воздействия на регулирование мощности каждому генератору и на осуществление переходов между режимом параллельной работы и режимом изолированной работы (путем включения/отключения сетевого выключателя).

Способ осуществляется следующим образом:

Система управления измеряет частоту и потребляемую из внешней питающей сети мощность для изменения числа работающих генераторов и регулирования вырабатываемой мощности в зависимости от заданного режима работы, по программе осуществляет управление пуском/остановом генераторов по запланированному графику, регулирует их мощность соответственно заданному профилю загрузки, следованию за графиком собственной нагрузки или срезанию пиков нагрузки. При этом система управления назначает один из генераторов, как ведущий генератор, а остальные генераторы в качестве ведомых генераторов, управляет мощностью ведущего генератора по собственной частоте, собственной частоте и частоте внешней сети при синхронизации с внешней сетью, а также по потребляемой из внешней питающей сети мощности при параллельной работе. Загрузка ведущего генератора используется для регулирования загрузки ведомых генераторов.

ОДНАКО УКАЗАННЫЙ СПОСОБ обладает следующими недостатками:

• Не обеспечивается возможность экстренного перехода из режима параллельной работы в островной режим работы многоагрегатной системы выработки электроэнергии со сбалансированной нагрузкой для ограничения подпитки токов короткого замыкания во внешней и внутренней электрической сети, предотвращения возникновений ударных моментов на валах синхронных генераторов многоагрегатной системы выработки электроэнергии, устранения влияния многоагрегатной системы выработки электроэнергии на работу устройств защиты и автоматики внешней сети.

• Возможность ошибочности пусков/остановов генераторов по запланированному графику при нерегулярности режима электропотребления, характерной для систем энергоснабжения малой мощности.

КРОМЕ ТОГО, ИЗВЕСТЕН СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СОСТАВОМ И ЗАГРУЗКОЙ ГЕНЕРАТОРОВ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ С СОБСТВЕННЫМИ НАГРУЗКАМИ, РАБОТАЮЩЕЙ ПАРАЛЛЕЛЬНО С ПРИЕМНОЙ ЭНЕРГОСИСТЕМОЙ, С ДЕЛЕНИЕМ СЕТИ ПО СБАЛАНСИРОВАННОМУ СЕЧЕНИЮ ПРИ НАРУШЕНИЯХ НОРМАЛЬНОГО РЕЖИМА (В Т.Ч. ПРИ ГЛУБОКИХ СНИЖЕНИЯХ НАПРЯЖЕНИЯ ИЛИ ЧАСТОТЫ В ЭНЕРГОСИСТЕМЕ) (СТО _59012820.29.240.001-2011 Стандарт организации (ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО «СИСТЕМНЫЙ ОПЕРАТОР ЕДИНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ»), являющийся прототипом предложенного способа, при котором в режиме параллельной работы станции с выдачей мощности в приемную энергосистему в электрической сети приемной энергосистемы выбирается сечение из числа возможных сечений с нагрузкой, максимально близкой к выдаваемой в приемную энергосистему мощностью. При нарушении нормального режима делят сеть по выбранному сечению, переводят регулирование мощности электростанции в режим вторичного регулирования частоты. При восстановлении условий для нормальной параллельной работы станции с приемной ЭС синхронизируют станцию с приемной ЭС, восстанавливают в полном объеме электрические связи в сечении, использованном для деления, переводят групповое регулирование генераторов в режим регулирования перетока мощности с заданной уставкой.

ОДНАКО УКАЗАННЫЙ СПОСОБ обладает следующими недостатками:

• невозможность точного балансирования генерации и нагрузки электростанции, что в силу наличия остаточного небаланса несет угрозу развития нарушения нормального режима;

• необходимость контроля топологии и режима части электрической сети приемной энергосистемы; сложность, часто не преодолимая, поиска и реализации необходимых сечений;

• утрата возможности локального управления режимом электростанции, что значительно усложняет и удорожает стоимость системы управления, увеличивает срок окупаемости электростанции.

ЗАДАЧЕЙ (ТЕХНИЧЕСКИМ РЕЗУЛЬТАТОМ) ПРЕДЛАГАЕМОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ ЯВЛЯЕТСЯ обеспечение высокого использования установленной мощности электростанции, надежности работы электростанции и электроснабжения потребителей, локальности управления режимом параллельной работы электростанции с приемной энергосистемой.

ПОСТАВЛЕННАЯ ЗАДАЧА РЕШАЕТСЯ ЗА СЧЕТ ТОГО, ЧТО В ИЗВЕСТНОМ СПОСОБЕ выбор состава, управление загрузкой генераторов электростанции в режиме ее параллельной работы с приемной энергосистемой производится раздельно для двух групп генераторов, одна из которых обеспечивает покрытие собственных нагрузок электростанции, а вторая – выдачу мощности в приемную энергосистему. При возникновении запретов на параллельную работу, нарушениях электрических связей электростанции с приемной энергосистемой или нормального режима в приемной энергосистеме, разгрузкой или отключением второй группы генераторов с отключением выключателей фиксированного сечения электрических связей электростанции с приемной энергосистемой обеспечивают сбалансированное отделение электростанции с собственными нагрузками от приемной энергосистемы.

На ФИГ.1 приведен пример упрощенной однолинейной схемы электростанции с собственными нагрузками и линией электропередачи, связывающей электростанцию с приемной энергосистемой, и устройствами управления составом и загрузкой генераторов электростанции, представляющий реализацию предлагаемого способа;

На ФИГ.2 представлен баланс мощности и энергии для электростанции с собственными нагрузками, связанной с приемной энергосистемой, на интервале постоянства состава работающих генераторов, применительно к примеру ФИГ.1.

Схема ФИГ.1 содержит:

- генераторы (первичный двигатель с синхронным генератором, представленные на схеме символом синхронного генератора и упоминаемые в дальнейшем как генератор) 1 и 2, работающие в режиме выдачи постоянной мощности,

- генераторы 3 и 4, находящиеся в режиме группового регулирования мощности или в режиме регулирования с долевым участием в мощности ведущего генератора,

- сборную шину электростанции 5,

- выключатели генераторов 6 – 9,

- выключатели присоединенной нагрузки 10 и 11,

- выключатели 12 и 13 линии электропередачи 14,

- канал связи 15,

- точки измерения режимных параметров электростанции 16–21,

- задатчик выдаваемой генераторами 1 и 2 мощности 22,

- блок управления режимами генераторов 23,

- групповой регулятор активной мощности 24 генераторов 3 и 4,

- синхронизатор 25 электростанции и приёмной энергосистемы 26.

На ФИГ.2 обозначены:

– суммарная мощность генераторов 1 и 2 электростанции, работающих на выдачу постоянной мощности в энергосистему 26;

– разрешённая обменная мощность между электростанцией и энергосистемой 26;

– максимальная мощность нагрузки электростанции;

– суммарная располагаемая мощность генераторов 1 – 4 электростанции;

– суммарная мощность генераторов 1 – 4 электростанции;

– обменная энергия электростанции и энергосистемы 26;

– энергия, потреблённая собственными нагрузками электростанции.

СПОСОБ (1) ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ СЛЕДУЮЩИМ ОБРАЗОМ:

a. В режиме параллельной работы электростанции с приемной энергосистемой

Предположим, что на предшествующем указанному на ФИГ.2 интервалу постоянства состава работающих генераторов работал только один генератор 4 в режиме регулирования выдачи нулевой мощности в приемную энергосистему, т.е. следуя за собственными нагрузками электростанции. Генераторы 1, 2 и 3 отключены.

Блок управления 23:

- по ретроспективным данным прогнозирует максимум собственной нагрузки электростанции (ФИГ.2) для планируемого интервала времени постоянства состава включенных в работу генераторов,

- по условию превышения суммарной располагаемой мощности генераторов электростанции над прогнозируемым максимумом собственной нагрузки с коэффициентом , определяет минимально достаточный состав генераторов электростанции для покрытия максимума собственной нагрузки (3 и 4),

- включает на параллельную работу с синхронизацией отключённый генератор 5,

- вводит включенные генераторы 3,4 в состав генераторов группового регулирования мощности с поддержанием нулевого перетока по сечению S1, что обеспечивает следование генерации электростанции за собственной нагрузкой.

При условии, что не все генераторы электростанции были включены и введены в режим следования генерации электростанции за собственной нагрузкой, блок управления 23:

- с целью максимального использования установленной мощности электростанции для выработки электроэнергии ( ) с учетом ограничения на передаваемую мощность по сечению S1, определяет минимально достаточный состав генераторов электростанции (1, 2) для выдачи в приемную энергосистему мощности, максимально близкой к разрешённой обменной мощности с приемной энергосистемой 26, но не превосходящую её,

- включает на параллельную работу с синхронизацией отключённые генераторы 1,2 и загружает их до суммарного уровня, равного уставке задатчика выдачи мощности в приёмную энергосистему 22, выбранной при соблюдении условия не превышения над разрешённой обменной мощности электростанции с приемной энергосистемой 26 и условия не превышения над суммарной располагаемой мощностью генераторов, включённых в режим выдачи мощности в приемную энергосистему 26,

- переводит генераторы, входящие в состав генераторов группового регулирования мощности 3,4, в режим поддержания перетока по сечению S1, равного (Рг1,г2 – Рвыд = 0), что обеспечивает следование генерации электростанции за собственной нагрузкой и поддержание стабильности мощности, выдаваемой электростанцией в приёмную энергосистему 26.

В результате генераторы 1 и 2 (ФИГ.2) загружены до суммарного уровня , равного уставке задатчика выдачи мощности в приёмную энергосистему 22, выбранной при соблюдении условия () не превышения разрешённой обменной мощности электростанции с приемной энергосистемой 26. По сравнению с режимом изолированной работы использование установленной мощности электростанции выше на величину , ограниченную условием выдачи максимальной мощности в приемную энергосистему .

b. При возникновении нарушений электрических связей электростанции и приёмной энергосистемы или нормального режима

Деление электрической связи электростанции и энергосистемы 26 производится по фиксированному сечению S1 в электрической сети электростанции отключением выключателя 12 с одновременной аварийной разгрузкой и отключением от сборной шины 5 выключателями 6 и 7 генераторов 1 и 2, работавших в режиме выдачи мощности в энергосистему 26.

Отключения выключателя 12 и генераторов 1 и 2 Блок управления 23 даёт команду групповому регулятору активной мощности 24 на перевод генераторов 3 и 4 в режим регулирования частоты.

В результате электростанция отделяется от энергосистемы 26 сбалансированно () с количеством генераторов и выдаваемой ими мощностью, обеспечивающими бесперебойность электроснабжения потребителей.

c. При возникновении запрета на параллельную работу электростанции и приёмной энергосистемы

Запрет параллельной работы электростанции с приёмной энергосистемой формируется в приемной энергосистеме 26 или на электростанции, а также при нарушении канала связи 15. По каналу связи 15 или непосредственно от электростанции запрет поступает на блок управления 23.

Блок управления 23:

- разгружает генераторы 1 и 2 до нуля, контролируя мощность в точках измерений 6, 7 и 12,

- даёт команды на отключение выключателя 12, разрывая электрическую связь электростанции и приёмной энергосистемы 26 по линии электропередачи 14 по фиксированному сечении S1 в электрической сети электростанции, и отключение выключателей 6 и 7 генераторов 1 и 2 от сборной шины электростанции 5,

- даёт команду групповому регулятору активной мощности 24 на перевод генераторов 3 и 4 в режим регулирования частоты.

Электростанция отделяется от энергосистемы 26 сбалансированно с количеством генераторов и мощностью, обеспечивающими бесперебойность электроснабжения потребителей с учётом погрешности измерений и ошибки прогнозирования мощности на текущем интервале времени постоянства состава включенных в работу генераторов.

d. При восстановлении условий параллельной работы (снятии запрета на параллельную работу) электростанции и приёмной энергосистемы

Снятие запрета параллельной работы электростанции с приёмной энергосистемой поступает на блок управления 23.

Блок управления 23 даёт команду синхронизатору 25 для выполнения активной синхронизации электростанции с приёмной энергосистемой 26 путем группового регулирования мощности генераторов 3 и 4.

При выполнении условий точной синхронизации между электростанцией и приёмной энергосистемой 26 синхронизатор даёт команду на включение выключателя 12, создавая электрическую связь электростанции и приёмной энергосистемы 26 по линии электропередачи 14.

После включения электростанции на параллельную работу с приемной энергосистемой 26 Блок управления 23:

- включает с синхронизацией ранее отключенные генераторы 1 и 2, выделенные для режима выдачи постоянной мощности, равной уставке задатчика выдачи мощности 22 в приёмную энергосистему 26.

- переводит генераторы 1 и 2 в режим выдачи постоянной мощности и загружает их до значений в сумме равных уставке задатчика выдачи мощности 22 в приёмную энергосистему 26, контролируя значения мощности в точках измерений 16, 17 и 21 .

В результате восстанавливается режим параллельной работы электростанции с приемной энергосистемой и выдачей в приемную энергосистемы избыточных мощностей генераторов 1 и 2.

ТАКИМ ОБРАЗОМ, в отличие от прототипа, предлагаемый способ обеспечивает высокое использование установленной мощности электростанции, надежность работы электростанции и электроснабжения потребителей, локальность управления режимом параллельной работы электростанции с приемной энергосистемой (т.к. системой управления используются только параметры оборудования, режима и устройства, доступные на самой электростанции).