Спосіб визначення частоти уставок пристроїв автоматичного частотного розвантаження для забезпечення оптимальної послідовності відключення споживачів електричної енергії

Реферат: Спосіб визначення частоти уставок пристроїв автоматичного частотного розвантаження (АЧР) для забезпечення оптимальної послідовності відключення споживачів електричної енергії послідовного керованого відключення споживачів електричної енергії в аварійних ситуаціях, що супроводжуються зниженням частоти в енергосистемі, в якому здійснюють планові сезонні вимірювання/заміри в місцях розосередження АЧР в розподільних електромережах і з урахуванням цих вимірювань/замірів та допустимої зміни параметра дискретності діючих в мережі реле частоти визначають частоту уставки кожного і-го пристрою АЧР з множин пристроїв/реле, налаштованих на спрацювання при досягненні частотою системи заданого значення. UA 108663 U (12) UA 108663 U UA 108663 U 5 10 15 20 25 30 Корисна модель належить до електроенергетики, точніше до засобів протиаварійної автоматики (ПА) захисту енергосистем, що здійснюють автоматичне відключення споживачів, безпосередньо реагуючи на неприпустиме відхилення від нормальних електричних робочих параметрів з наступним відновленням з'єднання або без такого, а саме до систем захисту, які реагують на відхилення частоти струму. Зниження частоти згубно впливає на стан енергетичної системи і може стати причиною екологічної або технологічної катастрофи. Наприклад, падіння частоти на два-три герци приводить до зменшення на 25-40 % кількості води, яка подається в конденсатор електростанції, виводить із ладу насоси, що здійснюють подачу води в котел. Відбувається подальший ріст дефіциту активної потужності в енергетичній мережі, що супроводжується наростаючим, лавинним процесом зниження частоти. Даний процес називають лавиною частоти. Крім перерахованих вище негативних наслідків падіння частоти викликає ще одне негативне явище - падіння напруги. Цей фактор негативно впливає на стан споживачів електроенергії. Для ліквідації дефіциту активної потужності в мережі слід відключити якусь частину споживачів електричної енергії. Тому на електричних розподільних підстанціях застосовують автоматичне частотне розвантаження (АЧР). Схему відключення споживачів виконують багатоступінчастою, де кожна сходина/черга відрізняється від іншої уставкою за частотою. Тобто, при досягненні частоти нижче певного значення, обумовленого першою уставкою, спрацьовує перша сходина/черга і відключає частину споживачів. Потім, якщо процес падіння частоти не зупинився, то при досягненні частоти значення другої уставки відключиться наступна група споживачів, що ще більше сповільнить процес зниження частоти, і т.д. Відомий спосіб визначення параметрів уставок пристроїв автоматичного частотного розвантаження (АЧР) за частотою f i для забезпечення оптимальної послідовності відключення споживачів електричної енергії з урахуванням їх категорійності (патент UA 42651 на корисну модель). Він включає визначення сукупної активної потужності споживачів електроенергії, для яких встановлюють оптимальний обсяг потужності та послідовність відключення під час аварії, а частоту уставки кожного і-го пристрою АЧР визначають з виразу: fi  f0  k  h , де f 0 - верхня гранична уставка АЧР по частоті, Гц; h k - крок черг АЧР; - додатне ціле число, таке, що k 1 k q 0 q 0  nq  i   nq , n q - число пристроїв у черзі 35 а індекс q, i відповідає потужності пристрою АЧР, отриманій за формулою   t P  Z  min , i 1 i i при  C i 1 ij Pi  Pj , j  1, l ; Pi  0 , 40 де ti - коефіцієнт, який залежить від категорійності або значення діючої частотної уставки пристрою АЧР;  - кількість навантажень, задіяних до АЧР в енергосистемі; l - кількість районів з дефіцитом активної потужності; C ij - коефіцієнт, якому надається значення 1, якщо і входить в j-й район та 0, якщо не 45 входить;  Pj - дефіцит активної потужності в j-му районі, розраховується на стадії перехідного процесу, МВт; 1 UA 108663 U Pi - активна потужність навантаження (змінюється в залежності від пори року та часу доби), 5 10 що відмикається і-м пристроєм АЧР та періодично заміряється відповідними службами електричних мереж, МВт. В основу корисної моделі поставлена задача розробити спрощений спосіб визначення частоти уставок пристроїв автоматичного частотного розвантаження (АЧР) для забезпечення керованої оптимальної послідовності відключення споживачів електричної енергії в аварійних ситуаціях, що супроводжуються зниженням частоти в енергосистемі, який враховує зміни сезонної та добової потужності споживача, встановленої плановими сезонними вимірюваннями/замірами, та можливість зміни параметра дискретності, діючих в мережі реле частоти. Згідно з корисною моделлю задача вирішується тим, що частоту уставки кожного і-го пристрою АЧР з множин пристроїв/реле, налаштованих на спрацювання при досягненні частотою системи заданого значення 15 f ,  1, N f , де N f - наперед задана планована кількість черг АЧР, а частоту черги і кількість черг розраховують через значення меж частотного діапазону та дискретність реле частоти як Fm in , Fm ax F   f  Fm ax    1  F ; N f  Fm ax  Fm in  / F , визначають з виразу: Nn t j 1  xj  min , (1) j за умов Nn P j 1 Nn 20 k ij P j 1 k ij k  xj  Pi , i  1, N вим , k  1, N розп. комп. (2) k  xj  k  Pi , i  1, N вим , k  1, N розп. комп. (3) Nn  P  x   j 1 E ij j E  Pi , i  1, N вим . (4) де t j  f 0  f jcur - цільовий коефіцієнт задачі цілочисельної лінійної оптимізації, в якому: f 0 25 номінальна частота енергосистеми, Гц (для енергосистем України f 0  50 Гц) і f jcur - діюче значення налаштування j-го пристрою/реле АЧР за частотою, що задається як вихідні дані задачі (1) - (4); xj - незалежна змінна оптимізації, бінарна величина, яка може набувати двох значень - 0 і 1, причому 1 означає належність j-го пристрою/реле до ν-ї черги АЧР, в оптимальному налаштуванні, а 0 - його неналежність до цієї черги; 30 Pijk - потужність навантаження, приєднаного до j-го пристрою/реле АЧР, k-ї розподільної компанії, отримана в i-му добовому сезонному вимірі, причому Pijk  0, j  k і Pijk  0, j  k , де  k - множина індексів пристроїв/реле АЧР k-ї розподільної компанії; k Pi - сумарна потужність навантаження всіх пристроїв/реле АЧР k-ї розподільної компанії, отримана в i-му добовому сезонному вимірі; 35 k Pi - залишкова потужність навантаження пристроїв/реле АЧР k-ї розподільної компанії після спрацювання перших ν-1 черг системи АЧР: k i P E i P  1 N n  P   xj   Pijk ; k i  1 j 1 - сумарна потужність навантаження приєднаного до всіх пристроїв/реле АЧР, енергосистеми, отримана в i-му добовому сезонному вимірі; 2 UA 108663 U k - відсоткова частка потужностей навантаження k-ї розподільної компанії, приєднана до νї черги АЧР; E - відсоткова частка потужностей навантаження енергосистеми, приєднана до ν-ї черги АЧР; 5 N n - загальна кількість пристроїв/реле АЧР енергосистеми; N вим - загальна кількість добових сезонних вимірів потужностей навантаження споживачів, приєднаних до пристроїв/реле АЧР енергосистеми; N розп. комп. - кількість розподільних компаній у складі енергосистеми, 10 15 20 25 причому чергу ν визначають з розв'язку оптимізаційної задачі (1) - (4) ν-ї ітерації як сукупність/множина індексів його ненульових змінних, а пристроям/реле АЧР цієї множини присвоюють частоту черги f . Приклад здійснення корисної моделі: Як суб'єкт електроенергетики було використано інформаційну модель сезонних замірів в Західній електроенергетичній системі (EC), яка є відокремленим підрозділом ДП "НЕК "Укренерго". Західна EC забезпечує функціонування електромереж в Волинській, Закарпатській, Івано-Франківській, Львівській, Рівненській областях. На основі сезонних замірів (табл. 1), проведених в Західній ЕС з використанням спеціальної комп'ютерної програми, в алгоритм якої був реалізований спосіб згідно з корисною моделлю, здійснено визначення уставок за частотою розосереджених в електричній мережі пристроїв АЧР для забезпечення послідовного керованого відключення споживачів електричної енергії в аварійних ситуаціях, які супроводжуються зниженням частоти в енергосистемі, з урахуванням зміни сезонної та добової потужності споживача, встановленої плановими сезонними вимірюваннями/замірами в місцях розосередження АЧР в розподільних електромережах та можливостей параметра дискретності діючих в мережі реле частоти. Частоту уставки кожного і-го пристрою АЧР з множини пристроїв АЧР/реле, налаштованих на спрацювання при досягненні частотою системи заданого значення f ,  1, N f , де N f наперед задана планована кількість черг АЧР, а частоту черги і кількість черг розраховуються через значення меж частотного діапазону Fm in , Fm ax та дискретність реле частоти F як   f  Fm ax    1  F ; N f  Fm ax  Fm in  / F , визначали з виразу: Nn 30 t j 1 j  xj  min , (1) за умов Nn P j 1 Nn k ij k  xj  Pi , i  1, N вим , k  1, N розп. комп. (2)  Pijk  x   k  Pik , i  1,Nвим , k  1,Nрозп. комп. j   j 1 (3) Nn  P  x   j 1 35 E ij j E  Pi , i  1, N вим . (4) де t j  f 0  f jcur - цільовий коефіцієнт задачі цілочисельної лінійної оптимізації, в якому: f 0 номінальна частота енергосистеми, Гц (для енергосистем України f 0  50 Гц) і f jcur - діюче значення налаштування j-го пристрою/реле АЧР за частотою, що задається як вихідні дані cur задачі (1) - (4); Для f 55  47 ,4 , ПС 110 Дубно Тяга в табл. 1. 40 xj - незалежна змінна оптимізації, бінарна величина, яка може набувати двох значень - 0 і 1, причому 1 означає належність j-го пристрою/реле до ν-ї черги АЧР, в оптимальному налаштуванні, а 0 - його неналежність до цієї черги; 3 UA 108663 U Pijk - потужність навантаження, приєднаного до j-го пристрою/реле АЧР, k-ї розподільної компанії, отримана в i-му добовому сезонному замірі, причому Pijk  0, j  k і Pijk  0, j  k , де  k - множина індексів пристроїв/реле АЧР k-ї розподільної компанії. Для P1  8,7 МВт; 11 1 1 P21  11,4 МВт; P31  13,9 МВт. 5 k Pi - сумарна потужність навантаження всіх пристроїв/реле АЧР k-ї розподільної компанії, отримана в i-му добовому сезонному замірі; Для P1  130 МВт. 1 k Pi - залишкова потужність навантаження пристроїв/реле АЧР k-ї розподільної компанії після спрацювання перших ν-1 черг системи АЧР:  1 N n k k Pi  Pi   xj   Pijk ;  1 j 1 10 E i P - сумарна потужність навантаження приєднаного до всіх пристроїв/реле АЧР, E енергосистеми, отримана в i-му добовому сезонному замірі; P   430 МВт. 1 k - відсоткова частка потужностей навантаження k-ї розподільної компанії, приєднана до νї черги АЧР; E - відсоткова частка потужностей навантаження енергосистеми, приєднана до ν-ї черги 15 АЧР; N n - загальна кількість пристроїв/реле АЧР енергосистеми; N n  352 . N вим - загальна кількість добових сезонних вимірів потужностей навантаження споживачів, приєднаних до пристроїв/реле АЧР енергосистеми; N вим  6 . Nрозп. комп. 20 25 - кількість розподільних компаній у складі енергосистеми. N розп комп  4 . Чергу ν визначали з розв'язку оптимізаційної задачі (1) - (4) ν-ї ітерації як сукупність/множина індексів його ненульових змінних. Пристроям/реле АЧР цієї множини присвоювали частоту cur черги f . Для f 55  47 ,8 . В результаті здійснення способу були визначені уставки пристроїв АЧР Західної EC в цілому. В табл. 2 для прикладу наведені визначені уставки для Рівненської області. При цьому було враховано сезонну і добову зміну потужності споживача, встановленої плановими сезонними вимірюваннями/замірами в місцях розосередження АЧР в розподільних електромережах та можливість зміни параметру дискретності діючих в мережі реле частоти. 4 UA 108663 U 5 UA 108663 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 Спосіб визначення частоти уставок пристроїв автоматичного частотного розвантаження (АЧР) для забезпечення оптимальної послідовності відключення споживачів електричної енергії послідовного керованого відключення споживачів електричної енергії в аварійних ситуаціях, що супроводжуються зниженням частоти в енергосистемі, який відрізняється тим, що здійснюють планові сезонні вимірювання/заміри в місцях розосередження АЧР в розподільних електромережах і з урахуванням цих вимірювань/замірів та допустимої зміни параметра дискретності, діючих в мережі реле частоти, визначають частоту уставки кожного і-го пристрою АЧР з множин пристроїв/реле, налаштованих на спрацювання при досягненні частотою системи заданого значення 15 f ,  1, N f , де N f - наперед задана планована кількість черг АЧР, а частоту черги і кількість черг розраховують через значення меж частотного діапазону Fm in , Fm ax та дискретність реле частоти як F   f  Fm ax    1  F ; N f  Fm ax  Fm in  / F , визначають з виразу: Nn t j 1 j  xj  min , (1) за умов 6 UA 108663 U Nn P k  xj  Pi , i  1, N вим , k  1, N розп. комп. , (2) k ij j 1 Nn P k  xj  k  Pi , i  1, N вим , k  1, N розп. комп. , (3) k ij j 1 Nn P ij j 1 E  xj  E  Pi , i  1, N вим , (4) де 5 t j  f 0  f jcur - цільовий коефіцієнт задачі цілочисельної лінійної оптимізації, в якому: f 0 номінальна частота енергосистеми, Гц (для енергосистем України f 0  50 Гц) і f jcur - діюче значення налаштування j-го пристрою/реле АЧР за частотою, що задається як вихідні дані задачі (1)-(4); xj - незалежна змінна оптимізації, бінарна величина, яка може набувати двох значень - 0 і 1, 10 причому 1 означає належність j-го пристрою/реле до -ї черги АЧР, в оптимальному налаштуванні, а 0 - його неналежність до цієї черги; Pijk - потужність навантаження, приєднаного до j-го пристрою/реле АЧР, k-ї розподільної компанії, отримана в i-му добовому сезонному вимірі, причому Pijk  0, j  k і Pijk  0, j  k , де  k - множина індексів пристроїв/реле АЧР k-ї розподільної компанії; 15 k Pi - сумарна потужність навантаження всіх пристроїв/реле АЧР k-ї розподільної компанії, отримана в i-му добовому сезонному вимірі; k Pi - залишкова потужність навантаження пристроїв/реле АЧР k-ї розподільноїкомпанії після спрацювання перших -1 черг системи АЧР: k i P 20 E i P  1 N n  P   xj   Pijk ; k i  1 j 1 сумарна потужність навантаження приєднаного до всіх пристроїв/реле АЧР, енергосистеми, отримана в i-му добовому сезонному вимірі;  k - відсоткова частка потужностей навантаження k-ї розподільної компанії, приєднана до -ї черги АЧР; 25 E - відсоткова частка потужностей навантаження енергосистеми, приєднана до -ї черги АЧР; N n - загальна кількість пристроїв/реле АЧР енергосистеми; N вим - загальна кількість добових сезонних замірів потужностей навантаження споживачів, приєднаних до пристроїв/реле АЧР енергосистеми; N розп. комп. - кількість розподільних компаній у складі енергосистеми, причому чергу  30 визначають з розв'язку оптимізаційної задачі (1)-(4) -ї ітерації як сукупність/множину індексів його ненульових змінних, а пристроям/реле АЧР цієї множини присвоюють частоту черги f  . Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7