Мероприятия по повышению устойчивости энергосистем

основных элементов элек­троэнергетической системы:
· снижение синхронного и переходного сопротивления синхронных машин и сопротивления рассеяния асинхронных машин;
· увеличение постоянной механической инерции электрических машин;
· использование демпферных обмоток в синхронных машинах;
· применение асинхронизированных и синхронных машин с продоль­но-поперечным возбуждением;
· повышение напряжения и снижение индуктивного сопротивления линий электропередачи;
· применение управляемых и сверхпроводящих линий электропе­редачи;
· уменьшение индуктивного сопротивления трансформаторов и зазем­ление их нейтралей через активное и реактивное сопротивления;
· использование быстродействующих выключателей.

электропередач батареями статических конденсаторов;
использование вставок постоянного или переменного тока;
установка на подстанциях синхронных и асинхронных компенсато­ров, управляемых источников реактивной мощности;
использование шунтирующих и токоограничивающих управляемых реакторов;
применение электрического или механического торможения гене­раторов.

3. Повышение устойчивости средствами автоматики:
применение автоматических регуляторов возбуждения СМ (ПД или СД, комбинированных и т. п.);
использование быстродействующих защит и противоаварийной ав­томатики;
применение автоматического регулирования или аварийной разгруз­ки турбин;
использование форсировки возбуждения СМ;
использование трехфазного или пофазного автоматического повторного включения оборудования;
применение автоматического ввода резерва генерирующей мощно­сти и оборудования;
использование устройств ресинхронизации СМ.

учетом требований устойчивости;
обеспечение резервов активной и реактивной мощностей;
управление переходными процессами с применением вычислитель­ной техники;
непрерывный диагностический контроль состояния оборудования электроэнергетической системы;
отключение части синхронных машин в аварийных режимах;
регулирование перетоков мощности по линиям электропередачи;
отключение части потребителей при возникновении аварийных де­фицитов активной и реактивной мощности в системе;
разделение системы на несинхронно работающие части и ресинх­ронизация синхронных машин при возникновении асинхронного хода;
использование самозапуска синхронных и асинхронных двигателей;
регулирование коэффициента мощности синхронных машин;
снижение напряжения у потребителей при возникновении дефици­та активной и реактивной мощности;
отделение электростанций или части генераторов в аварийных режимах.

защит

Трансформаторы. Параметры трансформаторов (сопротивле­ния, намагничивающий ток и т.д.) не оказывают существенного влияния на устойчивость электрических систем. Однако сопротивления, включенные в нейтраль трансформатора могут повышать динамическую устойчивость ЭЭС. Например, ес­ли сеть с глухозаземленной нейтралью заземлить через небольшое сопротивление, не повышающее напряжения на нейтрали, то усло­вия работы изоляции не изменятся, а динамическая устойчивость системы при несимметричных КЗ улучшится.

глухозаземленная

ч/з реактивное сопротивление

1- исходный режим
2- послеаварийный режим
3 и 4 - при однофазном КЗ

защит

Линии электропередачи. Параметры линий и их номинальное напряжение оказывают существенное влияние на устойчивость системы. Т.к. при увеличении длины ЛЭП возрастает ее реактивное сопротивление, то значение предельной по условиям устойчивости передаваемой мощности уменьшается. Поэтому ограничения по дальности передачи мощности ЛЭП зависят не только от потерь. Мероприятия: расщепление фазных проводов и применение продольной емкостной компен­сации (больше для повышения устойчивости двигателей нагрузки)
Выключатели. Быстрое отключение КЗ имеет решающее зна­чение для улучшения динамической устойчивости. Уменьшение времени отключения КЗ увеличивает запас дина­мической устойчивости.

и управляемые (регулируемые).
УКРМ предназначены для поддержания уровней напряжения в электрических сетях, управления перетоками мощности между энергосистемами, повышения пропускной способности ЛЭП, повышения статической и динамической устойчивости энергосистем. Данные устройства по принципу действия делятся на статические и электромашинные.
К статическим устройствам относятся:
батареи статических компенсаторов (БСК),
шунтирующие реакторы (ШР),
реакторные группы, коммутируемые вакуумными выключателями (ВРГ), обеспечивающие ступенчатое регулирование реактивной мощности;
управляемые шунтирующие реакторы (УШР);
статические тиристорные компенсаторы (СТК);
статические компенсаторы реактивной мощности, выполненные на базе преобразователей напряжения на современных мощных IGBT транзисторах — СТАТКОМ
К электромашинным устройствам относятся:
синхронные компенсаторы (СК),
асинхронизированные компенсаторы (АСК).

(АРВ).
Для чего ? :
- обеспечение поддержания требуемого уровня напряжения на зажимах машин или реактивной мощности в установившемся режиме системы;
- повышение статической и динамической устойчивости при возмущениях в электроэнергетической системе;
- увеличение требуемого качества переходных процессов в электроэнергетической системе.
Устройства АРВ подразделяются на 2 типа: пропорционального и сильного действия (АРВ ПД и АРВ СД).

Δf, fI. Напряжение статора синхронной машины UСМ подводится от ТН к блоку напряжения БН и к блоку частоты БЧ. Блок БН выявляет отклонения частоты, а дифференцирующий элемент (Д1) определяет скорость изменения напряжения UI. Блок БЧ выявляет отклонения частоты от нормального значения и формирует сигнал Δf. Одновременно дифференцирующий элемент(Д2) определяет скорость изменения частоты fI. Значения параметров ΔU, U I, Δf, f I подаются на суммирующий усилитель (СУ).
Сигнал с выхода СУ АРВ СД поступает в схему управления тиристорной или бесщеточной систем возбуждения.
! АРВ СД реагирует на скорость изменения параметров, это позволяет с опережением выявлять характер возникшего переходного процесса и оказывать воздействие на систему возбуждения СМ в самом начале изменения режима. Такая система может поддерживать практически постоянное напряжение на шинах СМ во всех режимах её работы при малых возмущениях. При возникновении больших возмущений в энергосистеме возбуждения, оснащённые АРВ СД, не могут поддерживать постоянного напряжения на шинах СМ. Поэтому в начале переходного процесса СМ с АРВ СД может быть представлена аналогично машине с АРВ ПД.

быстрое повышение напряжения возбуждения до максимально возможного, называемого пото­лочным значением при значительных снижениях напряжения, вызванных, главным образом, КЗ в электроэнергетической системе. Отно­шение этого напряжения или тока ротора соответственно к номинальному напряжению или току называют кратностью форсировки

Устройство форсировки возбуждения (УФВ) обычно входит в состав АРВ

При сниже­нии напряжения до уставки реле PH контактом РП шунтируется реостат Р в цепи обмотки возбуждения возбудителя. При этом ток возбуж­дения возбудителя увеличивается до максимально возможного значения, а следовательно, и напряжение возбуждения на обмотке ротора синхронной машины нарастает сравнительно быстро до значения
по экспоненци­альной зависимости

возбуждения.

Поскольку к обмотке ротора СМ прикладывается максимальное напряжение возбуждения, то ток в ее обмотке, а следова­тельно, и вынужденная ЭДС синхронной машины, увеличиваются с наи­большей скоростью

Увеличение ЭДС СМ при действии УФВ приводит к соответствующему увеличению амплитуды характеристики мощности в аварийном режиме

Это позволяет уменьшить площадку уско­рения на величину  увеличить площадку торможения на величину  , что приводит к повышению динамической устойчивости.

зависит от скорости и величины изменения напряжения возбуждения, ко­торые определяются действием систем возбуждения и максимально воз­можным значением напряжения возбуждения.
! для обеспечения высокой скорости увеличения ЭДС все системы воз­буждения обязательно должны иметь высокий потолок возбуждения, так как для быстрого увеличения тока в роторе необходима не только высокая скорость изменения напряжения, но и его значение (т.к. ток возбуждения синхронной машины из-за наличия индуктивности обмотки ротора возрастает значительно медленнее Uf). Поэтому в аварийных режимах желательно повышение напряжения воз­буждения до значения 4-5-кратного от номинального
! Таким образом, быстродействие системы возбуждения и потолочное напряжение возбуждения при действии УФВ определяют значение тока в роторе, а следовательно, и степень изменения синхронной и переходной ЭДС в аварийном режиме.

а соответственно, и коэффициента мощности синхронной ма­шины в электроэнергетической системе производится, как правило, исходя из требуемого режима напряжения или реактивной мощности на электро­станции или в узле нагрузки. 
Значение коэффициента мощно­сти является весьма важным с точки зрения обеспечения устойчивости син­хронной машины.

Три режима:
1 - режим потребле­ния реактивной мощности
2 -  режим потребления только актив­ной мощности
3 - режим выдачи реактивной мощности

cosφ в режиме потребления реактивной мощности. Это приводит к понижению амплитуды характеристики мощности

При увеличении потребления реактивной мощно­сти значение ЭДС Е продолжает уменьшаться и при определенной ее вели­чине достигается предел передаваемой мощности по условиям устойчиво­сти

! Режимы потребления реактивной мощности ограничиваются максимально допустимой величи­ной по условиям статической или динамической устойчивости. Следова­тельно, для повышения устойчивости СМ следует созда­вать режимы с максимально возможной величиной генерации реактивной мощности.

две наиболее типовые схемы: блочную (рисунок «а») или связанную (рисунок «б»).

 Для повышения пропускной способности связанных электропередач применяются переключательные пункты (ПП)

КЗ на линии отключается не вся цепь, а лишь поврежденный участок. Это уменьшает сопротивление электропередачи и увеличивает предельную передаваемую мощность в последовательном режиме.

«-» Схема электропередачи с переключательными пунктами (ПП) требует большого количества выключателей, что приводит к значительному увеличению стоимости электропередачи.

можно повысить резко увеличив их электрическую мощность в переходном режиме. Это делается путём кратковременного автоматического включения в цепь генераторов специальных нагрузочных активных сопротивлений(НАС), увеличивающих тормозной электромагнитный момент.
Нагрузочные сопротивления можно включать последовательно и параллельно.

включено последовательно в нейтраль или на входе генераторов, в нормальном режиме они закорачиваются спец. выключателями. При КЗ выключатели отключаются и НАС оказывается включенными в цепь генераторов.

Повышается электрическая мощность генератора за счёт протекания в НАС токов КЗ. После отключения КЗ ток в обмотке статора генератора уменьшается, снижается тормозящее воздействие нагрузочных сопротивлений. Поскольку включать НАС во время КЗ при малых временах его отключения невозможно, то эффективно включение активных сопротивлений параллельно генераторам или повышающим тр-рам электростанций.

отключения КЗ.

Характеристика мощности без нагрузочного сопротивления

Характеристика мощности при включении нагрузочных сопротивлений

Электрическое торможение так же можно применять для демпфирования качаний в переходных процессах энергосистем. Для этого многократно кратковременно включается нагрузочное сопротивление в соответствующий момент переходного режима.

в энергосистеме

Повысить уровни статической и динамической устойчивости можно, не изменяя параметров элементов системы и не вводя до­полнительных элементов.
Некоторые мероприятия режимного характера:
Резервы активной и реактивной мощностей на ЭСТ
Автоматическая частотная разгрузка (АЧР)
Разделение электрических систем на несинхронно работающие части
Изменение конфигурации схемы ЭЭС
Отключение части СМ (ОГ)
И т.д.

АЧР: Снижение час­тоты в системе происходит из-за нарушения баланса по активной мощности, т.е. когда активная мощность нагрузки становится больше активной мощности, выдаваемой генераторами. При сни­жении частоты реактивная мощность, вырабатываемая генера­торами, уменьшается, а реактивная мощность, потребляемая нагрузкой, увеличивается. Это понижает напряжение в узлах на­грузки и в некоторых случаях вызывает лавину частоты и напря­жения, приводящие к массовому отключению потребителей и нарушению устойчивости параллельной работы. При снижении частоты до опасных пределов автоматически отключается часть нагрузки электрической системы.

в энергосистеме

АЧР повышает как устойчивость электрической системы, так и устойчивость отдельных узлов ее нагрузки, предотвращая лавину напряжения. В результате обеспе­чивается нормальная работа основной массы ответственных потре­бителей. При подключении промышленных предприятий к системе АЧР приходится учитывать необходимость обеспечения беспере­бойности технологических процессов при перерывах в питании.
АЧР функционально подразделяются на устройства:
1 ) АЧР I – категория с одной уставкой по времени и различными уставками по частоте. Предназначена для предотвращения дальнейшего снижения частоты после аварии.
Уставка по времени – 0,5 с.
Уставка по частоте – 48,5÷46,5 Гц.
АЧР I разбивается на несколько очередей (около 20), которые отличаются друг от друга по частоте на величину Δf = 0,1 Гц. Мощность, подключаемая к АЧР I примерно равномерно распределяется между очередями. После того, как отработает некоторое количество очередей АЧР I, частота, как говорят, «зависает» в районе 47÷47,5 Гц.

в энергосистеме

2) АЧР II – категория с одной уставкой по частоте и различными уставками по времени.
Предназначена для восстановления частоты до нормального значения если она длительно остается пониженной («зависает»).
Уставка по частоте – 48,6 Гц.
Уставка по времени – 5÷60 с.
АЧР II разбивается на несколько очередей (так же около 20), которые отличаются друг от друга по времени на величину Δt = 3 c. После работы АЧР II, частота должна установится на уровне, не ниже 49 Гц.

-Мощность нагрузки, подводимая к АЧР, должна быть достаточной для ликвидации возникшего дефицита;
- Устройство АЧР должно выполняться таким образом, чтобы избежать возникновения «лавины частоты»;
- Отключаемая нагрузка должна соответствовать величине возникшего дефицита;
- После действия АЧР частота должна восстановится до уровня, не ниже 49 Гц;
- Устройства АЧР не должны работать при кратковременном снижении частоты.

Требования предъявляемые к АЧР:

могут быть направлены на изменение режимных параметров.
Основными мероприятиями в ЭЭС по повышению устойчивости являются действия автоматики (АРВ, АЧР и т.д.)
В основном повышают устойчивость путем воздействия на СМ АРВ или мероприятиями направленными на регулирования РМ (УКРМ) и как следствие регулирования напряжения в ЭЭС.