Вариативность интеграции синхронной малой генерации в электрические сети

Page 1
background image

Page 2
background image

30

Вариативность интеграции 
синхронной малой генерации 
в электрические сети

УДК 621.316.1

Какоша

 

Ю

.

В

.,

аспирант кафедры 

Автоматизированных 

электроэнергетических 

систем Новосибирского 

государственного 

технического 

университета

Фишов

 

А

.

Г

.,

д.т.н., профессор 

кафедры Автоматизи-

рованных электро-

энергетических систем 

Новосибирского 

государственного 

технического 

университета

Исходя

 

из

 

недостатков

 

автономной

 

работы

 

малой

 

генерации

 

рассматриваются

 

варианты

 

ее

 

интеграции

 

в

 

существующие

 

электрические

 

сети

 

с

 

параллельной

 

работой

 

энерго

-

источников

 

и

 

создания

 

малых

 

островных

 

энергосистем

объединяющих

 

в

 

параллельной

 

работе

 

несколько

 

электростанций

 

малой

 

мощности

Рассматриваются

 

преимущества

 

и

 

недостатки

 

представленных

 

вариантов

 

как

 

в

 

отношении

 

технических

 

свойств

так

 

и

 

в

 

час

 

ти

 

организационно

-

правовых

 

возможностей

 

их

 

реализации

Особое

 

внимание

 

уделено

 

организации

 

управления

 

режимами

 

островной

 

энергосистемы

 

малой

 

мощности

.

Ключевые

 

слова

:

распределенная малая 

генерация, параллель-

ная работа, объедине-

ние электростанций, 

островной режим 

работы, полуостровной 

режим работы

ВВЕДЕНИЕ

Децентрализация  производства  элек-

троэнергии  является  одним  из  главных 

направлений  развития  отрасли  элек-

троэнергетики  и  промышленности  [1]. 

К объектам малой генерации можно от-

нести  топливные  и  гибридные  электро-

станции  на  углеводородном  топливе, 

блок-станции  предприятий,  автономные 

системы  энергоснабжения  удаленных 

районов,  автономные  системы  энер-

госнабжения в районах дефицита мощ-

ностей,  электростанции  по  утилизации 

бытовых  отходов  жизнедеятельности, 

когенерационные установки модернизи-

руемых  локальных  котельных,  электри-

ческие станции на базе возобновляемых 

источников энергии и т.д. 

Причинами развития распределенной 

малой генерации (РМГ) с включением ее 

на параллельную работу являются:

 

– рост тарифов на электроэнергию;

 

– небольшой  срок  ввода  в  эксплуа-

тацию;

 

– возможность решения проблемы ути-

лизации попутного газа;

 

– оптимизация  потребления  энергии 

различных предприятий;

 

– поэтапный  ввод  новых  станций  при 

развитии месторождений и т.д.

 

– Следует  отметить,  что  работа  авто-

номно  работающей  станции  общего 

назначения,  изолированной  от  сети, 

имеет  низкую  эффективность  из-за 

следующих факторов:

 

– как  правило,  резко-неоднородный 

график  нагрузки  потребителей  авто-

номной  системы  энергоснабжения 

в течение суток;

 

– низкое качество электроэнергии (осо-

бенно по частоте);

 

– невысокая  надежность  энергоснаб-

жения;

 

– необходимость  обеспечения  резер-

ва  мощности  в  пределах  одной 

электростанции,  что  снижает  коэф-

фициент  использования  установ-

ленных  мощностей,  что  приводит

к  снижению  экономической  эффек-

тивности;

 

– большой срок окупаемости.

Интеграция  объектов  малой  гене-

рации  во  внешние  электрические  сети 

имеет технические и экономические пре-

имущества для всех участников объеди-

нения:  генерации,  электрической  сети 

и потребителей электроэнергии.

Преимущества параллельной работы 

для внешней электрической сети:

 

– снижение нагрузочных потерь за счет 

разгрузки  сети,  трансформаторов  на 

ПС присоединения;

 

– стабильное напряжение на шинах ПС 

присоединения  за  счет  регуляторов 

напряжения присоединяемой ЭС;

 

– возможность  использования  сво-

бодных  мощностей  электростанции 

в качестве оперативного или ремонт-

ного резерва внешней электрической 

сети;

 

– преимущества параллельной работы 

для объектов с малой генерацией:

 

– устранение проблем с недопустимы-

ми  «набросами/сбросами»  нагрузки 

на  энергоблоки,  являющихся  одной 

из  основных  причин  ненадежной 

работы ЭС в островном режиме;

 

– высокие  надежность  электроснабже-

ния и качество ЭЭ (по частоте);

 

– высокое  использование  установлен-

ных мощностей ЭС.

В то же время параллельная работа 

присоединенной электростанции с се-

тью  сопряжена  с  рядом  рисков,  кото-

рые должны быть устранены при объ-

единении:

ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ 

ЭНЕРГЕТИКА


Page 3
background image

31

 

– риск  возникновения  недопу-

стимого асинхронного режима, 

ударных  моментов  на  валах 

энергоблоков ТЭС, отключения 

энергоблоков  по  параметрам 

обратной  последовательности 

и обратной мощности; 

 

– увеличение токов КЗ как на ПС 

(как правило незначительном), 

так и сети автономной системы 

энергоснабжения  (многократ-

ном); 

 

– влияние токов подпитки от ЭС 

на  чувствительность  ДЗ  ЛЭП, 

ПС; 

 

– риск  возникновения  недо-

пустимого  объединения  шин 

ПС  и  несинхронизированных 

подсистем  на  параллельную 

работу; 

 

– подпитка  отключенных  линий 

и трансформаторов электриче-

ской сети. 

Для  исключения  представлен-

ных  рисков  с  сохранением  по-

ложительных  эффектов  от  объ-

единения  разработан  способ 

управления ЛСЭ в режимах авто-

номной  и  параллельной  с  сетью 

работой [2].

Обзор  технических  решений, 

позволяющих интегрировать объ-

екты с малой генерацией в элек-

трические сети, представлен в [3]. 

Там  же  обоснованы  преимуще-

ства  и  показана  возможность 

обеспечения  надежности  энер-

госнабжения,  безопасности  для 

оборудования  и  использования 

свободных мощностей ЭС для вы-

дачи электроэнергии во внешнюю 

электрическую  сеть  при  прямом 

включении  на  параллельную  ра-

боту  ЛСЭ  и  внешней  электриче-

ской сети. 

Возможны  различные  вари-

анты работы МГ и их интеграции 

с  внешней  электрической  сетью 

(рисунок 1).

В  данной  работе  представле-

ны  результаты  сравнительного 

анализа  наиболее  характерных 

вариантов  интеграции  синхрон-

ной малой генерации при их пря-

мом включении во внешние элек-

трические сети.

АНАЛИЗ

 

ВАРИАНТОВ

 

ИНТЕГРАЦИИ

 

МАЛОЙ

 

ГЕНЕРАЦИИ

 

С

 

ВНЕШНЕЙ

 

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ

 

СЕТЬЮ

1. 

Объекты

 

ЛСЭ

 

с

 

малой

 

генерацией

 

и

 

варианты

 

их

 

интеграции

 

с

 

внешней

 

электрической

 

сетью

В качестве вариантов интегра-

ции будем рассматривать:

 

– присоединение ЛСЭ к внешней

электрической  сети  без  парал-

лельной  работы  электростан-

ций с сетью (работа ЛСЭ с АВР

от внешней электрической сети);

 

– индивидуальное  присоедине-

ние каждой из ЛСЭ к внешней 

электрической сети с возможно-

стями  как  параллельной  рабо-

ты электростанций с сетью, так 

и автономной;

 

– объединение нескольких ЛСЭ 

в  локальную  изолированно 

работающую  энергосистему 

(ИРЭС)  без  связи  с  внешней 

электрической сетью;

 

– объединение  нескольких  ЛСЭ 

в локальную ИРЭС с подключе-

нием к внешней электрической 

сети без параллельной работы 

(с  возможностями  взаимного 

резервирования потребителей);

 

– объединение  нескольких  ЛСЭ 

в  локальную  ИРЭС  с  подклю-

чением  к  внешней  электриче-

ской сети с возможностями как 

параллельной,  так  и  изолиро-

ванной работы.

Следует отметить, что в случае 

присоединения  ЛСЭ  к  внешней 

электрической  сети  необходимо 

решить следующие проектные за-

дачи (часть из них отмечены в ра-

боте [4]):

 

– обеспечение безопасности для 

оборудования электростанции, 

электрической  сети  в  районе 

присоединения;

 

– определение  ограничений  по 

обмену  мощностями  между 

ЛСЭ и внешней электрической 

сетью;

 

– создание  управляемых  сече-

ний для режимов выдачи мощ-

ности  во  внешнюю  сеть  и  ее 

потребления  ЛСЭ  из  внешней 

сети  (путем  применения  тра-

диционных  систем  РЗА  и  ПА, 

а также специальной автомати-

ки опережающего сбалансиро-

ванного деления сети (АОСД);

 

– обеспечение  требуемой  на -

блюдаемости  режима  и  осу-

ществления управления в пол-

ном объеме. 

2. 

Присоединение

 

одной

 

ЛСЭ

 

к

 

внешней

 

электрической

 

сети

Целью  присоединения  ЛСЭ 

к внешней электрической сети яв-

ляется  обеспечение  надежности 

энергоснабжения  ее  потребите-

лей  и  возможности  выдачи  из-

бытков мощности ЭС в электриче-

скую сеть.

Типовые структуры ЛСЭ с под-

ключением к внешней электриче-

ской  сети  (шины  приемной  под-

станции  внешней  электрической 

сети представлены слева) приве-

дены на рисунках 2, 3 и 4.

Безопасная  работа  во  всех 

трех  вариантах  обеспечивается 

за  счет  опережающего  сбаланси-

рованного  отделения  всей  ЛСЭ 

или ее части от внешней сети при 

возникновении  нарушений  нор-

мального  режима  системы  [5]. 

При восстановлении условий для 

нормальной работы производится 

автоматическое  восстановление 

нормального режима ее работы. 

Приведем  описание  работы 

схемы, представленной на рисун-

ке  2.  Рассмотрим  режим  с  выда-

чей значимой мощности во внеш-

нюю сеть.

В  этом  режиме  один  из  гене-

раторов  ЭС  (или  несколько  гене-

раторов) несет нагрузку 

P

г

 = 

P

выд.

Рис

. 1. 

Структура

 

интегрированной

 

системы

 

РМГ

: 1 — 

изолированный

 

режим

 

работы

 

отдельно

 

стоящей

 

электрической

 

станции

; 2 — 

объ

-

единение

 

нескольких

 

электрических

 

станций

 

малой

 

мощности

 

единой

 

электрической

 

сетью

 

с

 

островным

 

режимом

 

работы

; 3, 4 — 

работа

 

нескольких

 

электрических

 

станций

 

параллельно

 

с

 

внешней

 

энергоси

-

стемой

 

без

 

существенного

 

взаимно

-

го

 

влияния

 

малых

 

электростанций

 

друг

 

на

 

друга

 (

точки

 

присоединения

 

разделены

 

мощной

 

промежуточной

 

электросетью

); 5 — 

объединение

 

нескольких

 

электрических

 

станций

 

в

 

единую

 

электрическую

 

сеть

 

с

 

по

-

луостровным

 

режимом

 

работы

 (

как

 

с

 

параллельной

 

работой

 

с

 

внешней

 

энергосистемой

так

 

и

 

автоном

-

ной

 

в

 

зависимости

 

от

 

режимных

 

условий

)

5

4

3

2

1

 3 (60) 2020


Page 4
background image

32

то  есть  равную  выдаваемой  во 

внешнюю сеть мощность.

Это  условие  поддерживается 

режимной автоматикой в нормаль-

ных условиях работы системы.

При  возникновении  внешнего 

или внутреннего для сети ЛСЭ ко-

роткого замыкания по факту сни-

жения напряжения или появления 

напряжения обратной последова-

тельности  (при  несимметричном 

КЗ)  опережающим  образом  (бы-

стрее  уставок  срабатывания  за-

щит  внешней  сети)  отключаются 

выключатели  сечения 

S

1

  и  гене-

ратора, обеспечивающего выдачу 

мощности во внешнюю сеть.

Если КЗ было внешним, то при 

таком  делении  сохранился  ба-

ланс  мощности  в  отделившемся 

острове и его работоспособность 

при переходе оставшихся генера-

торов в режим регулирования час-

тоты.

Во  внешней  сети  после  деле-

ния  восстанавливаются  условия 

работы  РЗА,  соответствующие 

отсутствию  параллельной  рабо-

ты,  поэтому  не  требуется  согла-

сование  работы  защит  острова 

и внешней сети.

Если  КЗ  было  внутренним 

с нарушением баланса после его 

отключения,  то  в  отделившемся 

острове  после  восстановления 

напряжения автоматика действу-

ет  на  предотвращение  наруше-

ния недопустимого снижения или 

повышения частоты путем отклю-

чения части нагрузки, включения 

дополнительной  нагрузки,  изме-

нения выдаваемой генераторами 

мощности. Этим обеспечивается 

сохранение  работоспособности 

отделившейся части.

Восстановление системы (па-

раллельной работы) осуществля-

ется автоматически путем точной 

синхронизации  при  восстанов-

лении  нормальных  условий  (по 

напряжению  и  частоте  с  обеих 

сторон  выключателя  сечения 

для  деления).  Восстановление 

систем с РМГ имеет особенности 

по  сравнению  с  большими  гене-

рирующими  установками  и  вы-

соковольтной  электрической  се-

тью [6]. 

Если  в  исходном  режиме  сеть 

ЛСЭ  была  дефицитной,  то  деле-

ние  будет  происходить  по  сече-

нию 

S

2

  с  ликвидацией  основного 

дефицита  мощности  отделивше-

гося  района  путем  отнесения  ча-

сти нагрузки к внешней сети.

Таким  образом,  быстродей-

ствующее опережающее деление 

по  фиксированным  сечениям  по-

зволяет:

 

– полностью восстановить усло-

вия  работы  РЗ  внешней  сети 

после  деления,  соответствую-

щие  отсутствию  подключения 

к сети ЛСЭ, то есть исключить 

необходимость изменения РЗА 

внешней сети; 

 

– сохранить 

неизменными 

отключаемые  выключателями 

токи  КЗ  (кроме  двух  выключа-

телей в сечении 

S

1

 и 

S

2

); 

 

– радикальным образом предот-

вратить  возможность  наруше-

ния  устойчивости  параллель-

ной  работы  генераторов  ЭС 

с сетью; 

 

– исключить  возникновение  на 

валах синхронных машин раз-

рушительных динамических мо-

ментов из-за больших электро-

магнитных  моментов,  возни-

кающих  при  восстановлении 

напряжения  в  сети  после 

отключения КЗ с учетом выбега 

роторов генераторов. 

Следует  отметить,  что  при 

присоединении ЛСЭ в ПС внеш-

ней  электрической  сети  двумя 

синхронными связями необходи-

мость разделения станции и сети 

ЛСЭ  на  две  части  определяется 

требованиями  недопустимости 

шунтирования разделенных шин 

S

1

S

2

Рис

. 2. 

Схема

 

ЛСЭ

 

с

 

многоагрегатной

 

электростанцией

 

и

 

распредели

-

тельным

 

пунктом

 

в

 

собственной

 

сети

 

электроснабжения

присоединенной

 

двумя

 

синхронными

 

связями

 

на

 

разделенные

 

шины

 

ПС

 

внешней

 

электриче

-

ской

 

сети

Рис

. 3. 

Схема

 

ЛСЭ

 

с

 

многоагрегатной

 

электростанцией

 

с

 

дополнительным

 

секционированием

 

шины

присоединенной

 

двумя

 

синхронными

 

связями

 

на

 

разделенные

 

шины

 

ПС

 

внешней

 

электрической

 

сети

Избыточная /

дефицитная

ЭС

 

 

 

 

 

Избыточная /

дефицитная

ЭС

ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ 

ЭНЕРГЕТИКА


Page 5
background image

33

ПС подключения, а также ограни-

чения токов подпитки КЗ.

На рисунке 3 представлена схе-

ма присоединения ЛСЭ к внешней 

сети без промежуточного РП. Для 

корректной  работы  автоматики, 

повышения  надежности  работы 

ЛСЭ в схемах без промежуточного 

распределительного  устройства 

применяется  нетиповая  схема 

распределительного  устройства 

ЭС, так как в типовой схеме «оди-

ночная  секционированная  систе-

ма  сборных  шин  6(10)  кВ»  для 

организации выработки мощности 

электрических  станций  имеют-

ся  общие  секции  шин,  к  которым 

могут быть подключены как элек-

трические  нагрузки,  так  и  вводы 

от  внешней  электрической  сети, 

с которой осуществляется парал-

лельная  работа,  что  делает  не-

возможным  выделение  электро-

станции  на  сбалансированный 

островной режим работы в случае 

возникновения  аварийных  возму-

щений  во  внешней  и  внутренней 

электрических  сетях.  В  этом  слу-

чае  применяется  схема  с  выпол-

нением  двойного  секционирова-

ния  полустанций  с  разделением 

подключенных  электрических  на-

грузок и вводов от внешней элек-

трической сети.

На рисунке 4 приведена схема 

присоединения  ЛСЭ  с  помощью 

одной  линии.  В  данном  случае 

в  делении  электростанции  на 

полу станции  нет  необходимости, 

однако  невозможным  становит-

ся  сбалансированное  отделе-

ние  с  отнесением  части  нагрузки 

к  внешней  электрической  сети. 

Кроме  того,  возрастает  подпитка 

токов со стороны ЭС.

Рассмотрим приведенные схе-

мы с точки зрения необходимости 

обеспечения резерва мощности.

По  определению  нормальным 

является  режим  ЭС  (ЛСЭ)  с  до-

пустимыми  значениями  всех  ре-

жимных  параметров  и  наличием 

нормативного  резерва  мощности. 

В автономном режиме этот резерв 

обеспечивается 

генераторами 

электростанции. В режиме парал-

лельной работы с внешней ЭС как 

генераторами 

электростанции, 

так  и  резервной  мощностью  от 

внешней сети. 

В случае, когда внешняя сеть 

является  загруженной  и  не  мо-

жет  обеспечить  необходимого 

резерва  мощности,  ЛСЭ  долж-

на  обладать  полным  резервом 

генерации,  включая  схемы  ре-

монтов  оборудования  и  обес-

печения  «явного»  резерва. 

В работе одновременно должно 

находиться  столько  агрегатов, 

и  их  загрузка  должна  быть  та-

кова,  чтобы  при  выходе  одного 

агрегата  оставшиеся  в  работе 

могли  полностью  обеспечить 

нагрузку. 

При  возникновении  аварий-

ных  ситуаций  во  внешней  элек-

трической сети происходит пере-

ход  в  островной  режим  работы, 

при  этом  несбалансированное 

выделение  приводит  либо  к  по-

тере  питания  части  нагрузок, 

либо  к  отключению  генерирую-

щих  мощностей.  При  этом  сни-

жается качество электроэнергии 

(частота, напряжение).

3. 

Объединение

 

нескольких

 

ЛСЭ

 

в

 

локальную

 

изоли

-

рованно

 

работающую

 

энергосистему

Рассмотрим  вариант  интегра-

ции группы объектов малой гене-

рации путем создания локальной 

изолированно  работающей  энер-

госистемы.  Пример  схемы  объ-

единения  ЛСЭ  приведен  на  ри-

сунке 5. 

Объединение  ЛСЭ  в  локаль-

ную ИРЭС позволяет снизить не-

обходимый  резерв  мощности  по 

условиям  «

n

+1»  и  ремонтного 

режима.  В  данном  случае  доста-

точно  иметь  1  генератор  мощно-

стью  в  «нагруженном»  резерве 

и 1 генератор по условиям выво-

да в ремонт, что позволяет увели-

чить при необходимости нагрузку 

отдельной  ЛСЭ.  Таким  образом, 

экономическая 

эффективность 

работы  объединенных  ЭС  стано-

Избыточная /

сбалансированная

ЭС

Рис

. 4. 

Схема

 

ЛСЭ

 

с

 

многоагрегатной

 

электростанцией

присоединенной

 

одной

 

синхронной

 

связью

 

к

 

шине

 

ПС

 

внешней

 

электрической

 

сети

Рис

. 5. 

Схема

 

объединения

 

нескольких

 

ЭС

 

в

 

локальную

 

энергосистему

 3 (60) 2020


Page 6
background image

34

вится выше, чем при отдельно ра-

ботающих ЭС.

Также  дополнительный  эко-

номический  эффект  достигается 

от снижения потерь мощности за 

счет  перераспределения  генери-

рующих  и  потребляющих  мощно-

стей с сохранением баланса мощ-

ности,  выравнивания  графиков 

нагрузок на ЭС. 

Следует  отметить  то,  что  на-

дежность  электроснабжения  при 

нарушениях нормального режима 

отдельно взятой ЛСЭ повышается 

за  счет  наличия  резервных  мощ-

ностей и нормальной работы дру-

гих ЛСЭ при создании кольцевых 

схем  сети.  Также  при  нарушении 

нормального режима работы воз-

можны  варианты  сбалансирован-

ного  выделения  в  островной  ре-

жим работы отдельных ЛСЭ.

Качество электроэнергии в слу-

чае  объединения  ЛСЭ  также  по-

вышается,  при  этом  появляются 

широкие  возможности  локально-

го  регулирования  напряжений. 

Локальная  ИРЭС  позволяет  при-

соединять  к  ней  новых  потреби-

телей и другие ЛСЭ. Данный объ-

ект  может  быть  интегрирован  во 

внешнюю  электрическую  сеть  не 

как отдельные ЛСЭ, а как крупная 

изолированно  работающая  энер-

госистема.

Однако  данный  вариант  обла-

дает рядом недостатков, таких как:

 

– отсутствие возможности выда-

чи  избытков  мощности  во 

внешнюю электрическую сеть;

 

– необходимость оснащения сис-

темными устройствами режим-

ной и противоаварийной авто-

матики в полном объеме;

 

– возникновение  рисков  нару-

шения  устойчивости  между 

объединяемыми  ЛСЭ  (значи-

тельно  менее  опасных,  чем 

в случае параллельной работы 

ЛСЭ с внешней электрической 

сетью  значительно  большей 

мощности);

 

– при создании локальной ИРЭС 

требуется  решение  всего  ком-

плекса  задач  проектирования 

энергосистем, начиная от орга-

низации  центра  оперативно-

технологического  управления, 

обеспечения  балансов  актив-

ной  и  реактивной  мощностей, 

определения  и  поддержания 

резервных  мощностей,  раз-

работки  систем  первичного 

и  вторичного  регулирования 

частоты  и  напряжения,  проти-

воаварийного управления.

4. 

Присоединение

 

локальной

 

энергосистемы

 

на

 

базе

 

нескольких

 

ЛСЭ

 

к

 

внешней

 

электрической

 

сети

Схема присоединения на базе 

нескольких  ЛСЭ  к  внешней  элек-

трической  сети,  объединенных 

в  единую  электрическую  сеть, 

представлена на рисунке 6.

Данный  вариант  отличается  

следующими особенностями:

 

– при  параллельной  работе  на-

бросы, сбросы мощности в экс-

плуатационных  режимах  рас-

пределяются  между  внешней 

электрической  сетью  и  ЛСЭ, 

что  исключает  неустойчивую 

работу  энергоблоков  в  нор-

мальных 

эксплуатационных 

режимах;

 

– качество напряжения при при-

соединении  к  внешней  элек-

трической сети повышается как 

в части стабильности частоты, 

так  и  в  части  напряжения,  его 

симметрии  и  синусоидаль-

ности  (в  режиме  параллель-

ной  работы  генераторы  ЭС 

поддерживают 

стабильное 

желаемое  напряжение  как  на 

своих  шинах,  так  и  на  шинах 

ПС  присоединения,  так  как 

они  оснащены  регуляторами 

напряжения);

 

– избыток 

вырабатываемой 

мощности, при необходимости, 

путем  перекоммутации  элек-

трической  сети  может  быть 

направлен  во  внешнюю  сеть 

в  той  точке  примыкания,  где 

это необходимо;

 

– вырабатываемая  по  условию 

баланса и выдачи во внешнюю 

сеть  мощность  может  быть 

перераспределена 

между 

электростанциями;

 

– с  точки  зрения  сбалансиро-

ванного  деления  сети  схема 

является  более  гибкой  и  мно-

говариантной,  что  позволяет 

выделиться  на  островной/

полуостровной  режим  работы 

с  более  приемлемым  распре-

делением мощностей и сохра-

нением баланса. 

Недостатком  схемы  являет-

ся  возможность  подключения  на 

параллельную  работу  с  внешней 

сетью лишь в одной из точек под-

ключения  для  исключения  шун-

тирования  электрической  сети 

внешней энергосистемы по сетям 

6(10) кВ ИРЭС.

Ко  всем  представленным  схе-

мам  подключения  могут  быть 

предъявлены  требования  ограни-

чений  токов  КЗ,  токов  замыкания 

на  землю,  предотвращения  нару-

Рис

. 6.  

Присоединение

 

локальной

 

энергосистемы

 

на

 

базе

 

нескольких

 

ЛСЭ

 

к

 

внешней

 

электрической

 

сети

ЛСЭ-3

ПС-3

ЛСЭ-2

ПС-2

ЛСЭ-1

ПС-1

ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ 

ЭНЕРГЕТИКА


Page 7
background image

35

гаемая к строительству мощностью 

5×2  МВт  (в  дальнейшем  —  ЭС-3) 

расположены  в  городской  зоне 

города  на  небольшом  расстоянии 

друг  от  друга  (около  10  км).  Все 

электрические станции могут быть 

электрически  связаны  на  генера-

торном  напряжении.  Электриче-

ская  схема  представлена  на  ри-

сунке 7.

В  таблице  1  приведены  свод-

ные  сравнительные  режимные 

характеристики  различных  вари-

антов  интеграции  ЛСЭ  с  внеш-

ней электрической сетью и при их 

шений устойчивости параллельной 

работы  с  возникновением  асин-

хронных  режимов,  исключения 

ударных  моментов  на  валах  син-

хронных  машин,  исключения  не-

обходимости  согласования  защит 

внешней  сети  с  защитами  и  авто-

матикой присоединяемой ИРЭС.

Эти  требования  могут  быть 

удовлетворены применением опе-

режающего сбалансированного от-

деления всей ЛСЭ (ИРЭС) или ее 

части от внешней сети при возник-

новении  нарушений  нормального 

режима  системы.  При  восстанов-

лении  условий  для  нормальной 

работы  должно  производиться 

автоматическое  восстановление 

нормального режима ее работы. 

 

СРАВНЕНИЕ

 

ВАРИАНТОВ

 

ПРИСОЕДИНЕНИЯ

 

ЛСЭ

 

НА

 

КОНКРЕТНОМ

 

ПРИМЕРЕ

В  качестве  примера  рассмо-

трим  проектные  условия,  в  кото-

рых  две  существующие  ЛСЭ  на 

базе  газопоршневой  когенерации 

мощностью  6×2  Мвт  (в  дальней-

шем — ЭС-1) и 5×2 МВт (в даль-

нейшем — ЭС-2) и одна предпола-

Рис

. 7. 

Пример

 

присоединения

 

нескольких

 

ЛСЭ

объединенных

 

в

 

ИРЭС

к

 

внешней

 

электрической

 

сети

Табл. 1. Сравнительная таблица резервных мощностей

Наименование станции

Суммарная 

установленная

мощность 

генерации

 Диапазон

использования 

установленной 

мощности

Необходимый 

резерв по усло-

виям надеж-

ности

Возможность 

выдачи

избыточных 

мощностей

ЭС-1 (присоединение первой ЛСЭ к внешней 

электрической сети)

10 МВт

5–7 МВт

2 МВт («горя-

чий» резерв)

+ 2 МВт

(ремонтный)

3–5 МВт

ЭС-2 (присоединение второй ЛСЭ к внешней 

электрической сети)

12 МВт

6–8,4 МВт

3,6–6 МВт

ЭС-3 (присоединение третьей ЛСЭ к внешней 

электрической сети)

10 МВт

5–7 МВт

ИТОГО (в случае индивидуального присоедине-

ния трех ЛСЭ к внешней электрической сети)

32 МВт

16–22,4 МВт

12 МВт

6,6–11 МВт

ИТОГО (в случае присоединения локаль-

ной энергосистемы на базе нескольких ЛСЭ 

к внешней электрической сети) 

32 МВТ

16–32 МВТ

2 МВт («горячий»

резерв) + 2 МВт 

(ремонтный)

16–32 МВт

 3 (60) 2020


Page 8
background image

36

Табл. 2. Преимущества и недостатки работы ЛСЭ в различных вариантах интеграции

Вариант 

интеграции ЛСЭ 

во внешнюю сеть

Достоинства

Недостатки

1

Индивидуальное 

присоединение 

ЛСЭ  к внешней 

электрической 

сети

 

– Надежность

 

– Возможность выдачи избытков мощности в сеть

 

– Повышение качества энергоснабжения

 

– Необходимость иметь значительный 

резерв мощности в ЛСЭ

 

– Необходимость дооснащения специ-

альной автоматикой опережающего 

сбалансированного деления сети

 

– Значительные величины относительных  

нерегулярных колебаний мощности 

в сравнении с присоединением ИРЭС

2

Объединение 

нескольких ЛСЭ 

в локальную

энергосистему

 

– Надежность электроснабжения за счет резерви-

рования мощностей другими станциями

 

– Снижение потребностей в резервных мощностях 

(высвобождение резервных мощностей для 

питания нагрузок)

 

– Возможность оптимизировать потокораспреде-

ление в сети (снизить потери)

 

– Широкие возможности локального регулирова-

ния напряжений

 

– Возможности сбалансированного выделения 

в островной режим работы отдельных ЛСЭ

 

– Системное регулирование и выравнивание 

графиков нагрузки

 

– Необходимость оснащения системными 

устройствами ПА и режимного регули-

рования

 

– Необходимость в системных элек-

трических связях (кабельные сети), 

системами связи

 

– Появление  рисков нарушения устойчи-

вости параллельной работы ЛСЭ

3

Присоединение 

локальной энерго-

системы на базе 

нескольких ЛСЭ 

к внешней элек-

трической сети  

 

– Все преимущества варианта 2

 

– Возможность выдачи избытков мощности в сеть

 

– Повышение качества электроэнергии у потреби-

телей и в местах присоединения к внешней сети

 

– Возможность развития сети с включением вновь 

строящихся электрических станций

 

– Дополнительные затраты на создание 

межстанционных электрических связей

 

– Нормативные и административные 

барьеры со стороны собственников 

электрических сетей

Табл. 3. Сводная таблица свойств различных вариантов интеграции ЛСЭ с внешней электрической сетью*

Вариант интеграции ЛСЭ во внешнюю сеть

Нез

ависим

ость

Во

зм

ожно

сть 

ра

звития

Наде

жно

сть

Испо

льз

ов

ание 

м

ощно

стей (рез.)

По

тре

бно

сть 

в регу

лиров

ании 

U

 и 

f

По

тре

бно

сть 

в Р

ЗА

По

тре

бно

сть 

в ПА

Ка

че

ств

о ЭЭ

Во

зм

ожно

сть 

выда

чи м

ощ-

но

сти в се

ть

Во

зм

ожно

сть  

сбалансиров

ан-

ног

о  дел

ения

Работа отдельной ЛСЭ в островном режиме

4

0

1

0

4

2

1

0

0

0

Присоединение одной ЛСЭ  к внешней электрической сети

2

1

3

2

1

3

3

3

3

2

Объединение нескольких ЛСЭ в локальную энергосистему

4

4

4

3

3

3

3

3

0

3

Присоединение локальной энергосистемы на базе не-

скольких ЛСЭ к внешней электрической сети

3

4

4

4

1

4

4

4

4

4

Используется

 5-

балльная

 

система

 

оценок

: 4 — 

отлично

, 3 — 

хорошо

, 2 — 

посредственно

, 1 — 

удовлетворительно

, 0 — 

неудов

-

летворительно

изолированной  работе,  а  в  таб-

лицах  2  и  3  —  их  качественные 

характеристики.

ОРГАНИЗАЦИОННО

-

ПРАВОВЫЕ

 

БАРЬЕРЫ

 

ИНТЕГРАЦИИ

 

ЛСЭ

 

ВО

 

ВНЕШНЮЮ

 

СЕТЬ

При подключении малых генериру-

ющих мощностей (от 1 до 25 МВт) 

в составе локальных систем энер-

госнабжения  кроме  технических 

аспектов  возникают  вопросы  ор-

ганизационно-правового  характе-

ра.  До  ввода  этих  генерирующих 

мощностей  основным  источником 

питания  являлись  системы  цен-

трализованного  энергоснабжения. 

Регулирование  правовых  отноше-

ний  между  заявителем  мощности 

и  электросетевой  организацией 

при этом регламентировалось до-

говором  технологического  присо-

единения.

При вводе генерирующих уста-

новок  в  составе  ЛСЭ  основным 

источником  питания  является 

электрическая  станция,  при  этом 

внешняя электрическая сеть обяза-

на держать в резерве ту мощность, 

которая позволит обеспечить пита-

ние  ответственных  потребителей 

при останове станции. Однако для 

сетевой организации, основной це-

лью (и статьей дохода) которой яв-

ляется оказание услуг по передаче 

электроэнергии,  необходимость 

иметь  резервирующие  мощности 

требует  соответствующих  опера-

ционных и инвестиционных затрат. 

В  целях  рационального  ис-

пользования  потребителями  мак-

симальной  мощности  и  создания 

стимулов  к  отказу  от  избыточной 

мощности, Минэнерго России раз-

работана  концепция  введения 

платы  за  резервируемую  макси-

мальную  мощность.  При  этом  по-

требители  блок-станцией,  для 

которых  внешняя  сеть  служит 

резервным  источником  питания, 

ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ 

ЭНЕРГЕТИКА


Page 9
background image

37

оплачивают  50%  фактического 

собственного потребления мощно-

сти, возмещая тем самым сетевым 

организациям  затраты  на  обслу-

живание сетей. 

Таким  образом,  выход  из  кон-

фликтной  ситуации  между  сете-

вой организацией и потребителем 

возможен  при  потреблении  части 

электроэнергии через сетевую ор-

ганизацию  с  возмещением  расхо-

дов, связанных с необходимостью 

резервирования мощности. Другой 

вариант решения задачи возможен 

при разделении договора электро-

снабжения на 2 части:

 

– договор  электроснабжения  по

фактически потребляемой мощ-

ности с соответствующим тари-

фом;

 

– договор  на  предоставление 

услуг по резервированию мощ-

ностей,  размер  которых  опре-

деляется заявителем мощности 

и  определяется  необходимо-

стью  иметь  аварийную  броню 

для питания особо ответствен-

ных потребителей.

ВЫВОДЫ

1.  Выбор  схемы  выдачи  мощно-

сти и обоснование режимов МГ за-

висит, в первую очередь, от целей, 

преследуемых  при  вводе  генери-

рующих  мощностей,  в  том  числе 

от требуемой надежности электро-

снабжения. 

2.  Изолированная  работа  ЛСЭ 

с абсолютной независимостью от 

внешней электрической сети тех-

нически  и  экономически  обосно-

вана  для  питания  потребителей 

с равномерным графиком нагруз-

ки и нуждается в значительной ре-

зервной генерирующей мощности 

для обеспечения надежного элек-

троснабжения потребителей. 

3.  При параллельной работе ЛСЭ 

и  внешней  электрической  сети 

обеспечивается надежность энер-

госнабжения,  безопасность  для 

оборудования  и  использование 

свободных мощностей МГ для вы-

дачи электроэнергии во внешнюю 

сеть. 

4.  При прямом включении на па-

раллельную  работу  ЛСЭ  с  внеш-

ней  электрической  сетью  требу-

ется  применение  специальной 

противоаварийной 

автоматики 

опережающего  сбалансирован-

ного  деления  (АОСД),  а  также 

автоматического 

восстановле-

ния  системы  при  восстановле-

нии  нормальных  условий.  В  не-

которых  случаях  для  корректной 

работы  автоматики  требуется 

применение нетиповых схем рас-

пределительного  устройства  МГ, 

например,  схемы  с  выполнением 

двойного  секционирования  шин 

с  разделением  подключенных 

электрических  нагрузок  и  вводов 

от внешней электрической сети. 

5.  Объединение  нескольких  ЛСЭ 

в локальную ИРЭС с подключени-

ем к внешней электрической сети 

с  возможностями  как  параллель-

ной, так и изолированной работы 

может  быть  предпочтительным 

вариантом  при  строительстве 

электрических  станций  в  энерго-

дефицитных  районах  и  наличии 

географически  разнесенных  цен-

тров  нагрузок,  требующих  строи-

тельства объектов РМГ. 

6.  Для  исключения  нормативных 

и  административных  барьеров 

при  объединении  ЛСЭ  требуется 

усовершенствование  норматив-

но-технической базы и разработка 

нового  порядка  технологическо-

го  присоединения  генерирующих 

мощностей  и  ЛСЭ  к  электриче-

ским  сетям  централизованного 

энерго снабжения,  в  том  числе 

существующих правил технологи-

ческого  присоединения  потреби-

телей.  

ЛИТЕРАТУРА
1.  Воропай Н.И., Кейко А.В., Санеев Б.Г., Сендеров С.М., 

Стенников В.А. Тенденции развития централизованной 

и распределенной энергетики // Энергия: экономика, тех-

ника, экология, 2005, № 7. С. 2–11.

2.  Марченко  А.И.,  Мукатов  Б.Б.,  Фишов  А.Г.  Способ  про-

тивоаварийного  управления  режимом  параллельной 

работы синхронных генераторов в электрических сетях. 

Патент РФ № 2662728, опубл. БИ № 22 от 30.07.18.

3.  Фишов  А.Г.  и  др.  Автоматика  «беспилотной»  электро-

станции  малой  мощности  с  синхронной  генерацией  / 

Материалы  XIV  международной  научно-технической 

конференции «Актуальные проблемы электронного при-

боростроения» 2–6 октября 2018 г., Новосибирск.

4.  Волков М.С. Особенности проектирования схем выдачи 

мощности объектов распределенной генерации // Энер-

гоэксперт, 2015, № 5. С. 68.

5.  Фишов  А.Г.,  Ландман  А.К.,  Сердюков  О.В.  SMART-тех-

нологии  для  подключения  к  электрическим  сетям 

и управления режимами малой генерации / Сб. докла-

дов  VIII  Международной  молодежной  научно-техниче-

ской конференции «Электроэнергетика глазами молоде-

жи – 2017». 2–6 октября 2017 года. Самара, 2017. 342 с.

6.  Азорин  А.Ю.,  Воропай  Н.И.  Проблемы  синхронизации 

при восстановлении систем электроснабжения, включа-

ющих распределенную генерацию / Сб. трудов V Между-

народной  молодежной  научно-технической  конферен-

ции  «Электроэнергетика  глазами  молодежи  –  2014». 

Томск, 2014. 652 с.

REFERENCES

1.  Voropay  N.I.,  Keyko A.V.,  Saneyev  B.G.,  Senderov  S.M., 

Stennikov  V.A.  Trends  in  the  development  of  centralized 

and  distributed  energy. 

Energiya: ekonomika, tekhni

ka, 

ekologiya [Energy: economy, technology, ecology], 2005, 

no. 7, pp. 2–11 (in Russian)

2.  Marchenko  A.I.,  Mukatov  B.B.,  Fishov  A.G.  Emergency 

control  method  for  parallel  operation  of  synchronous 

generators in electrical networks. Patent RF, no. 2662728, 

2018.

3.  Fishov A.G.  et  al. Automation  of  "unmanned"  low-power 

electrical plant with synchronous generation. Proceedings 

of  the  XIV  International  scientifi c-technical  conference 

"Actual  problems  of  electronic  instrument  engineering". 

Novosibirsk, 2018. (in Russian)

4.  Volkov  M.S.  Features  of  power  distribution  schemes 

designing for distributed generation facilities. EnergoEkspert 

[Energy expert], 2015, no. 5, pp. 68. (in Russian)

5.  Fishov  A.G.,  Landman  A.K.,  Serdyukov  O.V.  SMART-

technologies  for  connection  to  electric  networks  and 

control of low power generation modes. Proceedings of the 

VIII International scientifi c-technical conference "Electrical 

Power Engineering: Viewpoint of the Youth 2017". Samara, 

2017, pp. 342. (In Russian)

6.  Azorin A.Yu., Voropay N.I. Synchronization problems when 

restoring  power  supply  systems,  containing  distributed 

generation.  Proceedings  of  the  V  International  scientifi c-

technical  conference  "Electrical  Power  Engineering: 

Viewpoint  of  the Youth  2014". Tomsk,  2014,  pp.  652. (In 

Russian)

 3 (60) 2020


Читать онлайн

Исходя из недостатков автономной работы малой генерации рассматриваются варианты ее интеграции в существующие электрические сети с параллельной работой энергоисточников и создания малых островных энергосистем, объединяющих в параллельной работе несколько электростанций малой мощности. Рассматриваются преимущества и недостатки представленных вариантов как в отношении технических свойств, так и в части организационно-правовых возможностей их реализации. Особое внимание уделено организации управления режимами островной энергосистемы малой мощности.

Поделиться:

«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» № 6(69), ноябрь-декабрь 2021

Применение систем накопления электроэнергии для повышения коэффициента использования установленной мощности электростанций на базе возобновляемых источников энергии в составе электрических систем

Возобновляемая энергетика / Накопители
Булатов Р.В. Насыров Р.Р. Бурмейстер М.В.
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» № 6(69), ноябрь-декабрь 2021

Нормативные проблемы разработки схем выдачи мощности электростанций на базе возобновляемых источников энергии

Возобновляемая энергетика / Накопители Учет электроэнергии / Тарифообразование / Качество электроэнергии
Дворкин Д.В. Антонов А.А. Кошкин И.Ю.
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» № 6(69), ноябрь-декабрь 2021

Координированное управление напряжением и реактивной мощностью в сетях с ветроэнергетическими станциями

Управление сетями / Развитие сетей Возобновляемая энергетика / Накопители
Закутский В.И. Гаджиев М.Г.
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» № 5(68), сентябрь-октябрь 2021

Использование сегментированной статической характеристики по частоте для поддержания уровня заряда системы накопления электроэнергии

Возобновляемая энергетика / Накопители
Илюшин П.В. Шавловский С.В
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»