Исследование влияния крупной СЭС на переходные процессы при возмущениях во внешней сети

Page 1
background image

Page 2
background image

52

Исследование влияния крупной 
СЭС на переходные процессы при 
возмущениях во внешней сети

УДК

 620.9:621.316

Скурихина

 

К

.

А

.,

аспирант

 

кафедры

 

гидроэнергетики

 

и

 

возобновляемых

 

источников

 

энергии

 

ФГБОУ

 

ВО

 «

НИУ

 «

МЭИ

», 

ведущий

 

специалист

 

группы

 

консалтинга

 

и

 

моделирования

 

АО

 «

РТСофт

»

Тягунов

 

М

.

Г

.,

д

.

т

.

н

., 

профессор

 

кафедры

 

гидро

-

энергетики

 

и

 

возобновляемых

 

источников

 

энергии

 

ФГБОУ

 

ВО

 «

НИУ

 «

МЭИ

»

Чумаченко

 

В

.

В

.,

к

.

т

.

н

., 

ведущий

 

эксперт

 

группы

 

больших

 

энергосистем

 

АО

 «

РТСофт

»

Субботин

 

А

.

В

.,

эксперт

 

группы

 

консалтинга

 

и

 

моделирования

 

АО

 «

РТСофт

»

Широкий

 

практический

 

опыт

 

использования

 

возобновляемых

 

источников

 

энергии

 (

ВИЭ

в

 

электроэнергетических

 

системах

 (

ЭЭС

различных

 

стран

 

в

 

настоящее

 

время

 

позволяет

 

сформулировать

 

общие

 

принципы

 

эффективной

 

работы

 

такого

 

рода

 

энергоустановок

С

 

ростом

 

доли

 

ВИЭ

характеризующихся

 

существенной

 

нерегулярностью

 

и

 

слабой

 

предсказуемостью

 

производства

 

электроэнергии

возникает

 

ряд

 

задач

 

в

 

части

 

управления

 

ЭЭС

 

как

 

в

 

нормальных

так

 

и

 

в

 

аварийных

 

режимах

 

работы

.

В

 

первую

 

очередь

 

должно

 

быть

 

соблюдено

 

требование

 

по

 

выдаче

 

установленной

 

мощности

 

во

 

внешнюю

 

сеть

 

при

 

подключении

 

крупных

 

солнечных

 

электрических

 

станций

 (

СЭС

или

 

ветроэлектрических

 

станций

 (

ВЭС

). 

В

 

настоящее

 

время

 

при

 

проектировании

 

и

 

учете

 

объектов

 

СЭС

 

динамическая

 

устойчивость

 

не

 

рассматривается

а

 

источники

 

генерации

 

при

 

математическом

 

моделировании

 

представляются

 

в

 

виде

 

нагрузки

 

с

 

отрицательной

 

мощностью

 [1, 2]. 

Однако

 

работа

 

СЭС

 

с

 

большой

 

установленной

 

мощностью

 

может

 

изменить

 

динамические

 

характеристики

 

отдельных

 

частей

 

энергорайонов

 

и

 

в

 

отдельных

 

случаях

 

даже

 

привести

 

к

 

нарушению

 

устойчивой

 

работы

 

смежных

 

станций

В

 

настоящей

 

статье

 

на

 

примере

 

строительства

 

СЭС

 

мощностью

 15 

МВт

 

в

 

Забайкальском

 

крае

 

были

 

рассмотрены

 

особенности

 

влияния

 

ввода

 

объектов

 

ВИЭ

 

на

 

динамические

 

характеристики

 

энергосистемы

которые

 

необходимо

 

учитывать

 

при

 

проектировании

 

и

 

эксплуатации

.

Ключевые

 

слова

:

возобновляемые

 

источники

 

энергии

солнечная

 

электростанция

инверторные

 

установки

переходные

 

процессы

динамическая

 

устойчивость

Keywords:

renewable energy sources, solar power 
plant, Inverter device, transient process, 
transient stability

ВВЕДЕНИЕ

Главная

 

особенность

 

ВИЭ

в

 

частности

 

солнечных

 

электри

-

ческих

 

станций

заключается

 

в

 

способе

 

их

 

подключения

 

к

 

электрической

 

сети

а

 

именно

 

посредством

 

конверторных

 

систем

  (

рисунок

 1). 

Элементной

 

базой

 

этих

 

конверторных

 

систем

 

являются

 

управляемые

 

устройства

 

силовой

 

элек

-

троники

которые

 

в

 

отличие

 

от

 

привычных

 

генераторов

реализуемых

 

в

 

виде

 

синхронных

  (

или

 

подобных

 

им

 

вра

-

щающихся

электрических

 

машин

не

 

обладают

 

инерцией

 

вращающейся

 

массы

В

 

свою

 

очередь

 

ветро

 

электрические

 

установки

 (

ВЭУ

), 

оборудованные

 

асинхронным

 

генератором

 

двойного

 

питания

также

 

присоединяются

 

к

 

внешней

 

сети

 

посредством

 

преобразователей

 

мощности

 

на

 

базе

 

сило

-

вой

 

электроники

 

со

 

сложной

 

системой

 

управления

которые

 

определяют

 

независимость

 

работы

 

вращающейся

 

машины

 

от

 

внешней

 

сети

.

В

 

итоге

 

подключение

 

объектов

 

ВИЭ

 

посредством

 

кон

-

вер

 

тор

 

ных

 

систем

 

приводит

 

к

 

уменьшению

 

запаса

 

кинети

-

ческой

 

энергии

 

вращающихся

 

масс

 

энергосистемы

 

и

 

изме

-

нению

 

динамических

 

характеристик

 

в

 

целом

.

На

 

начальных

 

стадиях

 

развития

 

ВИЭ

 

в

 

России

когда

 

доля

 

возобновляемой

 

генерации

 

мала

изменения

 

динами

-

ческих

 

характеристик

 

энергосистемы

 

не

 

столь

 

существен

-

ны

Однако

 

при

 

подключении

 

крупных

 

СЭС

 

или

 

ВЭС

 (

более

 

10 

МВт

на

 

параллельную

 

работу

 

с

 

энергосистемой

 

тяжелые

 

возмущения

 

во

 

внешней

 

сети

 

могут

 

привести

 

к

 

нарушению

 

устойчивости

что

 

в

 

свою

 

очередь

 

потребует

 

дополнитель

-

ных

 

технических

 

решений

Усугубляет

 

положение

 

тот

 

факт

что

 

на

 

сегодняшний

 

день

 

нет

 

нормативно

-

технических

 

до

-

КАЧЕСТВО

ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ


Page 3
background image

53

кументов

определяющих

 

требования

 

к

 

характери

-

стикам

 

силового

 

оборудования

 

и

 

системам

 

регули

-

рования

 

ВЭС

 

и

 

СЭС

 

при

 

их

 

параллельной

 

работе

 

с

 

ЕЭС

 

России

.

С

 

учетом

 

возрастающей

 

тенденции

 

строитель

-

ства

 

ВИЭ

 

необходима

 

разработка

 

общих

 

подхо

-

дов

 

при

 

планировании

 

ввода

 

объектов

 

генерации

в

 

том

 

числе

 

в

 

части

 

определения

 

допустимого

 

объема

 

ВИЭ

 

в

 

балансе

 

энергорайона

 

с

 

целью

 

со

-

хранения

 

его

 

динамических

 

характеристик

на

-

Рис

. 1. 

Упрощенная

 

схема

 

конверторной

 

системы

Напряжение

 

сети

 

U

C

I

AC

I

DC1

I

I

DC2

I

DC

V

DC

V

m

Конденсатор

Преобразователь

напряжения

(

конвертер

 

ШИМ

 IGBT)

DC-DC

преобразователь

пример

посредством

 

использования

 

кинетиче

-

ской

 

энергии

 

ВЭУ

резервов

 

мощности

 

СЭС

 

при

 

наличии

 

гарантированного

 

источника

 — 

накопи

-

теля

 

энергии

искусственного

 

создания

 

инерции

 

системами

 

управления

 

инверторным

 

оборудова

-

нием

 [3].

ОСОБЕННОСТИ

 

СЭС

УЧИТЫВАЕМЫЕ

 

ПРИ

 

МОДЕЛИРОВАНИИ

 

ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ

 

РАБОТЫ

 

С

 

ЭНЕРГОСИСТЕМОЙ

Нормативно

-

правовая

 

база

 

различных

 

стран

 

в

 

отношении

 

подключения

 

объектов

 

генерации

 

на

 

параллельную

 

работу

 

с

 

ЭЭС

 

закреплена

 

в

 

до

-

кументах

 Grid Codes [4, 5], 

основными

 

аспектами

 

которых

 

являются

 

поддержание

 

напряжения

 

на

 

шинах

 

станций

требования

 

к

 

устойчивости

 

при

 

переходных

 

процессах

регулирование

 

активной

 

мощности

 

и

 

частоты

требования

 

к

 

качеству

 

элек

-

трической

 

энергии

В

 

документах

 Grid Codes 

так

-

же

 

сформулированы

 

требования

 

в

 

части

 

влияния

 

ВЭС

 

и

 

СЭС

 

на

 

устойчивость

 

и

 

надежность

 

функ

-

ционирования

 

ЭЭС

на

 

качество

 

регулирования

 

параметров

 

электрического

 

режима

 

в

 

точке

 

их

 

подключения

на

 

уровень

 

токов

 

короткого

 

замы

-

кания

  (

КЗ

), 

в

 

том

 

числе

 

требования

 

к

 

основному

 

оборудованию

 

и

 

системам

 

регулирования

 

ВЭУ

 

и

 

солнечных

 

СЭУ

.

После

 

анализа

 

зарубежных

 

нормативных

 

и

 

нор

-

мативно

-

технических

 

документов

 

в

 

таблицах

 1 

и

 2 

были

 

сопоставлены

 

выдержки

 

и

 

уставки

 

времени

 

при

 

выделении

 

на

 

изолированный

 

режим

 

работы

 

и

 

восстановлении

 

параллельной

 

работы

 

с

 

сетью

 

соответственно

В

 

настоящей

 

работе

 

при

 

иссле

-

довании

 

переходных

 

режимов

 

работы

 

СЭС

 

были

 

учтены

 

уставки

 

защиты

 

инверторов

 

при

 

снижении

 

и

 

превышении

 

напряжения

с

 

соответствующими

 

выдержками

 

времени

 

в

 

соответствии

 

со

 

стандар

-

том

 IEEE 1547 [6], 

поскольку

 

российские

 

стандар

-

ты

устанавливающие

 

соответствующие

 

требова

-

ния

отсутствуют

Табл

. 1. 

Уставки

при

 

выделении

 

на

 

изолированный

 

режим

 

работы

IEEE 
1547

IEC 

61727

RD 661/
RD1663

BDEW-MSRL/ 

FGW TR8

Превышение

 

напряжения

Уставка

, %

120

140

130

140

Выдержка

с

0,11

3

0,15

3

Снижение

 

напряжения

Уставка

, %

50

50

20

25

Выдержка

с

0,11

0,05

1

1

Превышение

 

частоты

Уставка

, %

50,5

51

51

51,5

Выдержка

с

0,11

0,15

3

0,1

Снижение

 

частоты

Уставка

, %

47

49

47

47,5

Выдержка

с

0,11

0,15

0,2

0,1

Табл

. 2. 

Уставки

 

при

 

восстановлении

 

параллельной

 

работы

 

с

 

внешней

 

сетью

IEEE 
1547

IEC 

61727

RD 661/
RD1663

BDEW-MSRL/ 

FGW TR8

После

 

превышения

 

напряжения

Уставка

, %

105

108

105

110

После

 

снижения

 

напряжения

Уставка

, %

95

90

95

95

После

 

превышения

 

частоты

Уставка

, %

50,5

50,9

50,7

50,5

После

 

снижения

 

частоты

Уставка

, %

49,8

49,1

48,5

47,5

Выдержка

 

времени

 (

для

 

всех

 

случаев

), 

с

300

20

180

20

 3 (48) 2018


Page 4
background image

54

На

 

рисунке

 2 

наглядно

 

отражены

 

характеристи

-

ки

 

и

 

выдержки

 

времени

 

срабатывания

 

устройств

 

релейной

 

защиты

 

при

 

нарушении

 

нормальных

 

ус

-

ловий

 

работы

 

по

 

напряжению

Так

при

 

изменении

 

напряжения

 

в

 

пределах

 

зоны

 

нечувствительности

 

от

 

порога

 

низкого

 

напряжения

 (

U

Н

и

 

до

 

порога

 

вы

-

сокого

 

напряжения

  (

U

В

инвертор

 

поддерживает

 

выходной

 

ток

 

для

 

сохранения

 

параллельной

 

рабо

-

ты

 

с

 

внешней

 

сетью

Если

 

напряжение

 

выходит

 

за

 

порог

 

U

Н

 

или

 

U

В

 

в

 

течение

 

определенного

 

времени

 

(

на

 

графике

 

выдержки

 

времени

 

t

НН

 

и

 

t

ВН

), 

проис

-

ходит

 

отключение

 

инвертора

Аналогичный

 

прин

-

цип

 

работы

 

инвертора

 — 

при

 

достижении

 

порога

 

сверхнизкого

 

напряжения

 (

U

СН

или

 

сверхвысокого

 

напряжения

 (

U

СВ

с

 

выдержками

 

времени

 

t

СНН

 

и

 

t

СВН

соответственно

 [7].

ОПИСАНИЕ

 

МОДЕЛИ

 

СЭС

За

 

последние

 

годы

 

в

 

России

 

уже

 

реализован

 

целый

 

ряд

 

проектов

 

по

 

вводу

 

СЭС

 

и

 

ВЭС

а

 

на

 

сайте

 

АТС

 

представлены

 

результаты

 

конкурсных

 

отборов

 

ин

-

вестиционных

 

проектов

 

по

 

строительству

 

генериру

-

ющих

 

объектов

 

на

 

базе

 

ВИЭ

Одним

 

из

 

таких

 

объектов

 

настоящего

 

исследования

 

в

 

работе

 

выступает

 

СЭС

 

мощностью

 15 

МВт

плани

-

руемая

 

к

 

вводу

 

в

 2018 

году

 

в

 

Забайкальском

 

крае

Для

 

исследования

 

влияния

 

СЭС

 

на

 

протекание

 

переходных

 

процессов

 

при

 

аварийных

 

возмущени

-

ях

 

в

 

ЭЭС

 

в

 

ПВК

 EUROSTAG 

была

 

сформирована

 

математическая

 

модель

 

СЭС

 

и

 

прилегающей

 

энер

-

госистемы

Достоинства

 

ПВК

 EUROSTAG 

заключа

-

ются

 

в

 

большом

 

спектре

 

решаемых

 

задач

разви

-

той

 

математической

 

модели

поддержке

 

большого

 

количества

 

типовых

 

сетевых

 

элементов

а

 

также

 

в

 

возможности

 

создания

 

моделей

 

регуляторов

 

или

 

нетиповой

 

автоматики

что

 

необходимо

 

при

 

анализе

 

поведения

 

энергосистемы

 

при

 

различных

 

аварий

-

ных

 

возмущениях

 [8]. 

В

 

расчетной

 

модели

 

источ

-

ники

 

солнечной

 

энергии

 

подробно

 

смоделированы

 

с

 

детальным

 

представлением

 

инверторов

 

напряже

-

ния

 

с

 

широтно

-

импульсной

 

модуляцией

Каждый

 

ин

-

вертор

 

включает

 

систему

 

управления

 

с

 

контролем

 

напряжения

 

в

 

месте

 

их

 

подключения

Необходимо

 

особо

 

отметить

 

схему

 

присоедине

-

ния

 

станции

 

к

 

внешней

 

сети

выполненную

 

через

 

трансформаторную

 

подстанцию

 

ПС

 110/35/6,3 

кВ

 

(

рисунок

 3). 

Часть

 

энергорайона

которую

 

питает

 

СЭС

включает

 30% 

асинхронных

 

двигателей

  (

АД

), 

а

 

также

 

крупные

 

синхронные

 

двигатели

 (

СД

мощно

-

стью

 

по

 2 

МВт

.

Балансирующим

 

узлом

 

была

 

выбрана

 

удален

-

ная

 

от

 

объекта

 

исследования

 

станция

 — 

Читин

-

ская

 

ТЭЦ

-1 

установленной

 

мощностью

 452,8 

МВт

 

и

 

связью

 220/500 

кВ

с

 

целью

 

нивелирования

 

вли

-

яния

 

на

 

объект

 

исследования

 

балансирующего

 

узла

В

 

расчетной

 

модели

 

учтена

 

внешняя

 

элек

-

трическая

 

сеть

 220 

и

 110 

кВ

 

Забайкальского

 

края

 

(

рисунок

 4).

Стоит

 

заметить

что

 

энергорайон

где

 

планирует

-

ся

 

ввод

 

СЭС

является

 

дефицитным

 

и

 

баланс

 

мощ

-

ности

 

и

 

потребления

 

обеспечивается

 

за

 

счет

 

меж

-

системных

 

перетоков

 

мощности

 

из

 

Бурятской

 

ЭС

 

и

 

Амурской

 

ЭС

 [9]. 

Кроме

 

того

высокую

 

долю

 

в

 

элек

-

тропотреблении

 

занимает

 

железнодорожный

 

транс

-

порт

 

и

 

добыча

 

полезных

 

ископаемых

Таким

 

обра

-

Рис

. 2. 

Уставки

 

с

 

выдержками

 

времени

 

инвертора

 

по

 

напряжению

Нормальная

 

работа

U

кВ

U

НОМ

кВ

U

xx

 

— 

уставка

 

по

 

напряжению

t

xx

 

— 

выдержка

 

времени

U

В

U

Н

U

СВ

t

СВН

t

НН

t

СНН

t

ВН

U

СН

t

, c

Р

Н3

Р

Н4

1 С

СШ

Р

Н1

М

СД1

Р

Н2

М

СД2

Рис

. 3. 

Схема

 

подключения

 

СЭС

 

установленной

 

мощностью

 15 

МВт

ЧТЭЦ1

ТЭЦ ППГХО

(СГ 6 – СГ 11)

ХГРЭС ТГ-2,3
(СГ1, СГ 2)

414+J95.4

Чита 220 кВ

ХГРЭС ТГ-1

(СГ 15)

206+J27.1

ШГТЭЦ (СГ 3)

10

ПриарТЭЦ

(СГ 4, СГ 5)

10+J15.8

ПТЭЦ (СГ 12)

14+J1

ЧТЭЦ2

(СГ 13, СГ 14)

ПС №2

ПС №1

СЭС 15 МВт

110 кВ

220 кВ

6 кВ

35 кВ

Бурятская ЭС

Амурская ЭС

ЧТЭЦ , — Читинская ТЭЦ 1 и 2

ПТЭЦ — Первомайская ТЭЦ

ХГРЭС — Харанорская ГРЭС

ШГТЭЦ — Шерловогорская ТЭЦ

ПриарТЭЦ — Приаргунская ТЭЦ

1 2

Рис

. 4. 

Схема

 

внешней

 

сети

 

и

 

подключения

 

СЭС

 

КАЧЕСТВО

ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ


Page 5
background image

55

220 

кВ

110 

кВ

кв

ПС

 

 1

ПС

 

 2

ПС

 

 1

ПС

 

 2

12 

МВт

зом

обеспечение

 

надежного

 

электроснабжения

 

промышленных

 

потребителей

 

и

 

снижение

 

дефици

-

та

 

мощности

 

является

 

одной

 

из

 

важнейших

 

задач

 

при

 

строительстве

 

новых

 

объектов

 

генерации

РЕЗУЛЬТАТЫ

 

МОДЕЛИРОВАНИЯ

Для

 

оценки

 

влияния

 

ввода

 

СЭС

 

на

 

режимы

 

ра

-

боты

 

энергорайона

 

в

 

работе

 

были

 

проведены

 

расчеты

 III 

группы

 

нормативных

 

возмущений

 

для

 

двух

 

случаев

без

 

учета

 

работы

 

СЭС

  (

рисунок

 

5

а

и

 

при

 

параллельной

 

работе

 

СЭС

 

с

 

энерго

-

системой

  (

рисунок

  5

б

). 

В

 

качестве

 

нормативно

-

го

 

возмущения

 III 

группы

 

выступает

 

отключение

 

ВЛ

 110 

кВ

 

действием

 

УРОВ

 

при

 

трехфазном

 

КЗ

 

с

 

отказом

 

одного

 

выключателя

нормативного

 

возмущения

 II 

группы

 — 

отключение

 

ВЛ

 110 

кВ

 

основными

 

защитами

 

при

 

трехфазном

 

КЗ

 

вбли

-

зи

 

шин

 

ПС

 

с

 

успешным

/

неуспешным

 

ТАПВ

 [10]. 

Расчетная

 

модель

 

соответствует

 

режиму

 

лет

-

него

 

максимума

 

нагрузки

при

 

этом

 

выдаваемая

 

в

 

сеть

 

мощность

 

СЭС

 

равна

 12 

МВт

На

 

рисунке

 5 

показана

 

пунктиром

 

ВЛ

 110 

кВ

на

 

которой

 

возни

-

кает

 

трехфазное

 

КЗ

 

вблизи

 1 

СШ

 110 

кВ

 

ПС

 

 2. 

В

 

результате

 

отказа

 

одного

 

из

 

выключателей

 

на

 

поврежденной

 

ВЛ

  (

вблизи

 

ПС

 

 2) 

действием

 

УРОВ

 

происходит

 

отключение

 

КЗ

поврежденной

 

ВЛ

 

и

 

соответствующей

 

СШ

.

На

 

рисунках

 6 

и

 7 

приведены

 

результаты

 

моде

-

лирования

а

 

именно

изменение

 

напряжения

 

на

 

шинах

 110 

кВ

 

ПС

 

 2 

и

 

относительного

 

угла

 

ротора

 

генераторов

 

исследуемой

 

энергосистемы

 

без

 

СЭС

 

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

-0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

s

kV

напряжение 1 СШ ПС 110/35/6  Unit : kV

напряжение 2 СШ ПС 110/35/6  Unit : kV

0

5

10

15

20

40

60

80

100

120

140

s

deg

относительный угол ротора СГ 1 Unit : deg

относительный угол ротора СГ 2 Unit : deg

относительный угол ротора СГ 3 Unit : deg

относительный угол ротора СГ 4 Unit : deg

относительный угол ротора СГ 5 Unit : deg

относительный угол ротора СГ 6 Unit : deg

относительный угол ротора СГ 7 Unit : deg

относительный угол ротора СГ 8 Unit : deg

относительный угол ротора СГ 9 Unit : deg

относительный угол ротора СГ 10 Unit : deg

относительный угол ротора СГ 11 Unit : deg

относительный угол ротора СГ 12 Unit : deg

относительный угол ротора СГ 13 Unit : deg

относительный угол ротора СГ 14 Unit : deg

относительный угол ротора СГ 15 Unit : deg

Рис

. 6. 

Переходные

 

процессы

 

при

 

отключении

 

ВЛ

 110 

кВ

 

действием

 

УРОВ

 

при

 

трехфазном

 

КЗ

 

с

 

отказом

 

одного

 

выключателя

 (

модель

 

без

 

СЭС

): 

а

изменение

 

напряжения

 

на

 

шинах

 110 

кВ

 

ПС

 

 2, 

кВ

б

изменение

 

относительного

 

угла

 

ротора

 

генераторов

град

Рис

. 5. 

Расчетная

 

схема

 

при

 

отключении

 

ВЛ

 110 

кВ

 

действием

 

УРОВ

 

при

 

трехфазном

 

КЗ

 

с

 

отказом

 

одного

 

выключателя

а

модель

 

без

 

СЭС

б

модель

 

с

 

СЭС

б

)

а

)

б

)

а

)

 3 (48) 2018


Page 6
background image

56

0

1

2

3

4

5

-0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

s

kV

напряжение 110 кВ  ПС 110/35/6  СЭС  Unit : kV

[модель]   VOLTAGE AT NODE : 911970    Unit : kV

0

1

2

3

4

5

-0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

5.5

6.0

6.5

7.0

s

kV

напряжение нагрузки 1 СШ  Unit : kV

напряжение нагрузки 2 СШ  Unit : kV

0

1

2

3

4

5

-0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

s

deg

относительный угол ротора СГ 1  Unit : deg

относительный угол ротора СГ 2  Unit : deg

относительный угол ротора СГ 3  Unit : deg

относительный угол ротора СГ 4  Unit : deg

относительный угол ротора СГ 5  Unit : deg

относительный угол ротора СГ 6  Unit : deg

относительный угол ротора СГ 7  Unit : deg

относительный угол ротора СГ 8  Unit : deg

относительный угол ротора СГ 9  Unit : deg

относительный угол ротора СГ 10  Unit : deg

относительный угол ротора СГ 11  Unit : deg

относительный угол ротора СГ 12  Unit : deg

относительный угол ротора СГ 13  Unit : deg

относительный угол ротора СГ 14  Unit : deg

относительный угол ротора СГ 15 Unit : deg

относительный угол ротора СГ 15

0

1

2

3

4

5

0.798

0.800

0.802

0.804

0.806

0.808

0.810

0.812

0.814

0.816

s

активная мощность группы инверторов 7 

активная мощность группы инверторов 1 

активная мощность группы инверторов 2 

активная мощность группы инверторов 3 

активная мощность группы инверторов 4 

активная мощность группы инверторов 5 

активная мощность группы инверторов 6 

активная мощность группы инверторов 8 

Рис

. 7. 

Переходные

 

процессы

 

при

 

отключении

 

ВЛ

 110 

кВ

 

действием

 

УРОВ

 

при

 

трехфазном

 

КЗ

 

с

 

отказом

 

одного

 

выключателя

 (

модель

 

с

 

СЭС

): 

а

изменение

 

напряжения

 

на

 

шинах

 110 

кВ

 

ПС

 

 2, 

кВ

б

изменение

 

относительного

 

угла

 

ротора

 

генераторов

град

Рис

. 8. 

Переходные

 

процессы

 

при

 

отключении

 

ВЛ

 110 

кВ

 

действием

 

УРОВ

 

при

 

трехфазном

 

КЗ

 

с

 

отказом

 

одного

 

выключателя

 (

модель

 

с

 

СЭС

): 

а

изменение

 

напряжения

 

на

 

шинах

 6,3 

кВ

 

ПС

 

 2, 

кВ

б

изменение

 

активной

 

мощности

 

инверторов

МВт

б

)

а

)

б

)

а

)

КАЧЕСТВО

ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ


Page 7
background image

57

и

 

с

 

учетом

 

введенной

 

в

 

работу

 

СЭС

 

соответственно

Анализ

 

результатов

 

показывает

что

 

нарушения

 

ди

-

намической

 

устойчивости

 

в

 

случае

 

работы

 

энергоси

-

стемы

 

без

 

СЭС

 

после

 

возникновения

 

КЗ

 

и

 

отключе

-

ния

 

ВЛ

 110 

кВ

 

действием

 

защит

 

не

 

происходит

.

При

 

работе

 

СЭС

 

происходит

 

нарушение

 

устой

-

чивости

 

одного

 

из

 

генераторов

 

смежных

 

станций

 

энергорайона

Это

 

означает

что

 

установка

 

СЭС

 

су

-

щественно

 

изменяет

 

динамические

 

характеристики

 

энергорайона

 

и

 

требует

 

перенастройки

 

устройств

 

противоаварийной

 

автоматики

В

 

данном

 

случае

 

не

-

обходима

 

работа

 

автоматики

 

ОГ

что

 

приведет

 

к

 

до

-

полнительному

 

дефициту

 

мощности

 

и

 

загрузке

 

меж

-

системной

 

связи

.

Для

 

анализа

 

переходных

 

процессов

 

и

 

оценки

 

вли

-

яния

 

СЭС

 

на

 

рисунке

 8 

представлены

 

изменения

 

на

-

пряжения

 

на

 

шинах

 6 

кВ

 

и

 

активной

 

мощности

 

групп

 

инверторов

При

 

этом

 

отключение

 

инверторов

 

про

-

исходит

 

с

 

выдержкой

 

времени

 0,11 

с

 

после

 

снижения

 

напряжения

 

ниже

 50% 

от

 

номинала

 (

таб

 

ли

 

ца

 1), 

без

 

восстановления

 

параллельной

 

работы

 

по

 

причине

 

возникающих

 

колебаний

 

параметров

 

электрического

 

режима

 

в

 

результате

 

асинхронного

 

хода

 

генератора

.

Для

 

демонстрации

 

процесса

 

восстановления

 

па

-

раллельной

 

работы

 

СЭС

 

с

 

внешней

 

сетью

 

был

 

вы

-

полнен

 

расчет

 II 

группы

 

нормативных

 

возмущений

отключение

 

ВЛ

 110 

кВ

  (

показана

 

пунктиром

 

на

 

ри

-

сунке

 5) 

основными

 

защитами

 

при

 

трехфазном

 

КЗ

 

вблизи

 1 

СШ

 

ПС№

 2 

с

 

успешным

 

ТАПВ

Результаты

 

моделирования

 

представлены

 

на

 

рисунках

 9 

и

 10.

0

5

10

15

20

25

30

-0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

s

kV

напряжение1 СШ  ПС 110/35/6  Unit : kV

напряжение 2 СШ ПС 110/35/6  Unit : kV

0

5

10

15

20

25

30

30

40

50

60

70

80

90

100

110

s

deg

относительный угол ротора СГ 1  Unit : deg

относительный угол ротора СГ 2  Unit : deg

относительный угол ротора СГ 3  Unit : deg

относительный угол ротора СГ 4  Unit : deg

относительный угол ротора СГ 5  Unit : deg

относительный угол ротора СГ 6  Unit : deg

относительный угол ротора СГ 7  Unit : deg

относительный угол ротора СГ 8  Unit : deg

относительный угол ротора СГ 9  Unit : deg

относительный угол ротора СГ 10  Unit : deg

относительный угол ротора СГ 11  Unit : deg

относительный угол ротора СГ 12  Unit : deg

относительный угол ротора СГ 13  Unit : deg

относительный угол ротора СГ 14  Unit : deg

относительный угол ротора СГ 15  Unit : deg

Рис

. 9. 

Переходные

 

процессы

 

при

 

отключении

 

ВЛ

 110 

кВ

 

основными

 

защитами

 

при

 

трехфазном

 

КЗ

 

с

 

успешным

 

ТАПВ

а

изменение

 

напряжения

 

на

 

шинах

 110 

кВ

 

ПС

 

2, 

кВ

б

изменение

 

относительного

 

угла

 

ротора

 

генераторов

град

Из

 

представленных

 

графиков

 

переходного

 

про

-

цесса

 

на

 

рисунке

 9 

можно

 

сделать

 

вывод

что

 

нару

-

шения

 

динамической

 

устойчивости

 

в

 

исследуемой

 

энергосистеме

 

при

 

возникновении

 

рассмотренной

 

аварии

 II 

группы

 

нормативных

 

возмущений

 

не

 

про

-

исходит

.

При

 

восстановлении

 

параллельной

 

работы

 

СЭС

 

с

 

энергосистемой

 

происходит

 

скачкообразное

 

повы

-

шение

 

напряжения

 

до

 6,7 

кВ

 

в

 

месте

 

подключения

 

инверторных

 

групп

 

через

 

повышающий

 

трансформа

-

тор

что

 

видно

 

из

 

рисунка

 10

а

Таким

 

образом

результаты

 

расчетов

 

динамиче

-

ской

 

устойчивости

 

показывают

что

 

строительство

 

нового

 

объекта

 

ВИЭ

 

существенно

 

изменяет

 

дина

-

мические

 

характеристики

 

энергорайона

 

и

 

приводит

 

к

 

нарушению

 

устойчивости

 

генерирующих

 

агрега

-

тов

 

смежных

 

станций

Это

 

позволяет

 

сделать

 

вывод

 

о

 

необходимости

 

проведения

 

подобного

 

рода

 

иссле

-

дований

 

при

 

проектиро

 

вании

.

РЕКОМЕНДАЦИИ

 

ПО

 

УЧЕТУ

 

ВЛИЯНИЯ

 

ВВОДА

 

ОБЪЕКТОВ

 

ВИЭ

 

НА

 

ДИНАМИЧЕСКУЮ

 

УСТОЙЧИВОСТЬ

 

СМЕЖНЫХ

 

СТАНЦИЙ

В

 

качестве

 

дополнительного

 

требования

 

при

 

про

-

ектировании

 

и

 

выполнении

 

расчетов

 

электрических

 

режимов

статической

 

и

 

динамической

 

устойчивости

 

должно

 

выступать

 

требование

 

о

 

сохранении

 

дина

-

мической

 

устойчивости

 

смежных

 

станций

 

при

 

вводе

 

объекта

 

ВИЭ

Для

 

этого

 

необходимо

 

учитывать

:

б

)

а

)

 3 (48) 2018


Page 8
background image

58

• 

в

 

установившемся

 

режиме

 

минимально

 

и

 

максимально

 

допустимые

 

зоны

 

работы

 

СЭС

ВЭС

 

при

 

различных

 

диапазонах

 

отклонения

 

частоты

 

в

 

энергосистеме

;

 

минимально

 

и

 

максимально

 

допустимые

 

зоны

 

работы

 

СЭС

ВЭС

 

при

 

различных

 

диапазонах

 

отклонения

 

напряжения

 

в

 

энергосистеме

;

 

требования

 

к

 

регулированию

 

активной

 

и

 

реактив

-

ной

 

мощности

;

 

требования

 

по

 

участию

 

в

 

регулировании

 

час

 

тоты

;

• 

в

 

режиме

 

короткого

 

замыкания

:

 

реакция

 

силового

 

оборудования

 

на

 

типовые

 

воз

-

мущения

 

в

 

энергосистеме

сопровождающиеся

 

кратковременными

 

снижениями

 

напря

 

жения

;

 

участие

 

в

 

регулировании

 

частоты

.

При

 

разработке

 

соответствующих

 

требований

 

к

 

работе

 

генерирующего

 

оборудования

 

на

 

базе

 

ВИЭ

 

в

 

составе

 

ЕЭС

 

России

а

 

также

 

при

 

оценке

 

влияния

 

вновь

 

вводимого

 

объекта

 

необходимо

 

опираться

 

как

 

на

 

методические

 

указания

 

по

 

устойчивости

 [10], 

так

 

и

 

на

 

требования

 

международных

 

стандартов

на

-

стройки

 

защиты

 

оборудования

 

конкретного

 

произво

-

дителя

В

 

зарубежных

 

сетевых

 

кодексах

 

требования

 

к

 

реакции

 

объектов

 

генерации

 

ВИЭ

 

на

 

типовые

 

воз

-

мущения

 

в

 

энергосистеме

 

заключаются

 

в

 

способно

-

сти

 

поддержания

 

непрерывного

 

электроснабжения

 

при

 

возмущениях

 

во

 

внешней

 

сети

 Fault Ride-Through 

(FRT) 

или

 

провалах

 

напряжения

 — Low Voltage Ride-

Through (LVRT).

На

 

основании

 

результатов

 

расчетов

 

для

 

обе

-

спечения

 

допустимых

 

параметров

 

электроэнерге

-

тического

 

режима

 

должны

 

быть

 

определены

 

техни

-

ческие

 

решения

 

по

 

устройствам

 

противоаварийной

 

автоматики

  (

ПА

с

 

соответствующим

 

обоснованием

 

объемов

 

управляющих

 

воздействий

При

 

нарушении

 

устойчивости

 

необходима

 

разработка

 

технических

 

требований

 

по

 

модернизации

 

существующей

 

ПА

 

или

 

установке

 

новой

структура

 

которой

 

должна

 

опреде

-

ляться

 

с

 

учетом

 

особенностей

 

выработки

 

электриче

-

ской

 

энергии

 

от

 

станций

 

на

 

базе

 

ВИЭ

.

Кроме

 

того

с

 

целью

 

повышения

 

надежности

 

ра

-

боты

 

ЭЭС

 

крупные

 

СЭС

 

и

 

ВЭС

 

могут

 

участвовать

 

в

 

регулировании

 

режимных

 

параметров

что

 

пред

-

ставляется

 

возможным

 

благодаря

 

современным

 

устройствам

 

силовой

 

электроники

оснащенным

 

средствами

 

автоматического

 

управления

Для

 

до

-

стижения

 

требуемой

 

точности

 

на

 

СЭС

 

и

 

ВЭС

 

долж

-

ны

 

быть

 

предусмотрены

 

специализированные

 

системы

 

группового

 

управления

решающие

 

зада

-

чи

 

ввода

 

режима

 

в

 

допустимую

 

область

 

с

 

учетом

 

индивидуальных

 

ограничений

 

по

 

длительно

 

до

-

пустимым

 

нагрузкам

 

инверторов

 

и

 

зоны

 

нежела

-

тельной

 

работы

 

в

 

соответствии

 

с

 

документацией

 

завода

-

изготовителя

Система

 

группового

 

управ

-

ления

 

на

 

СЭС

 

и

 

ВЭС

 

с

 

целью

 

регулирования

 

ак

-

тивной

 

мощностью

 

и

 

частотой

реактивной

 

мощно

-

стью

 

и

 

напряжением

 

должна

 

осуществлять

 

выдачу

 

частных

 

управляющих

 

воздействий

 

контроллерам

СЭУ

/

ВЭУ

0

5

10

15

20

25

30

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

5.5

6.0

6.5

s

kV

напряжение нагрузки 1 СШ  Unit : kV

напряжение нагрузки 2 СШ  Unit : kV

0

5

10

15

20

25

30

0.76

0.77

0.78

0.79

0.80

0.81

0.82

s

 

активная мощность группы инверторов 1 

активная мощность группы инверторов 2 

активная мощность группы инверторов 3 

активная мощность группы инверторов 4 

активная мощность группы инверторов 5 

активная мощность группы инверторов 6 

активная мощность группы инверторов 7 

активная мощность группы инверторов 8 

Рис

. 10. 

Переходные

 

процессы

 

при

 

отключении

 

ВЛ

 110 

кВ

 

основными

 

защитами

 

при

 

трехфазном

 

КЗ

 

с

 

успешным

 

ТАПВ

а

изменение

 

напряжения

 

на

 

шинах

 6,3 

кВ

 

СЭС

кВ

б

изменение

 

активной

 

мощности

 

группы

 

инверторов

 

СЭС

МВт

б

)

а

)

КАЧЕСТВО

ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ


Page 9
background image

59

ЛИТЕРАТУРА

1. 

Отчет

 

об

 

участии

 

в

 

заседаниях

 

со

-

вместной

 

рабочей

 

группы

 

комите

-

тов

 CIGRE 

С

4, 

С

и

 CIRED «

Мо

-

делирование

 

и

 

динамические

 

ха

-

рактеристики

 

генерации

 

с

 

исполь

-

зованием

 

выпрямителей

 

в

 

иссле

-

дованиях

 

передающей

 

и

 

распре

-

делительной

 

сети

 

энергосистемы

» 

в

 2014 

году

. URL: http://www.cigre.ru/

research_commitets.

2. 

Ярош

 

Д

.

Н

Об

 

изменении

 

методо

-

логического

 

подхода