A. Ivanova, R. Abeuov
National Research Tomsk Polytechnic University, Tomsk, Russian Federation
aai5@yandex.ru , abeuov_rb@list.ru Abstract
Background: Currently in existing electric power systems disconnection of consumer load is carried out by means of load shedding devices, which produce switching off the load of consumers at substations of the distribution electric network in fact an unacceptable change in the mode parameters or receiving an external load disconnect signal, however, such devices have a rigid distribution of disconnected consumers in steps. The main disadvantages of such devices are the lack of monitoring of the previous mode of operation of the electric power system, the current values of load power of the disconnected consumers, the lack of the ability to adapt to changes in the basic regime parameters of the power system (voltage, frequency) and loads in the load center, rigid distribution of disconnected consumers in stage of load shedding. In this way, today the development of automatic unloading of the power center, without these limitations is an actual task.
Materials and methods: Analytical method. Computer modeling.
Results: The structural-functional scheme and algorithms of emergency control devices, which are part of the multifunctional device for adaptive automation of node load shedding, have been developed.
Conclusions: The proposed multifunctional device for adaptive automation of node load shedding will allow to more effectively limiting the load of consumers in emergency situations, while avoiding the excessive effect of emergency control automatics.
Key words: emergency control automatics, automatic frequency load shedding, automatic control of voltage reduction, load disconnect device.
I. ВВЕДЕНИЕ
В электроэнергетических системах (ЭЭС) эксплуати- руется большое количество устройств аварийной разгрузки, осуществляющих отключение нагрузки (ОН) потреби- телей на подстанциях распределительной электрической сети по факту недопустимого изменения режимных параметров
f U,
или приёма внешнего сигнала ОН.К таким устройствам относятся: автоматическая частотная разгрузка (АЧР), автоматика ограничения снижения напряжения (АОСН), устройства отключения нагрузки (УОН). Устройства аварийной разгрузки могут выполнять как одну, так и несколько функций противоаварийной автоматики.
II. ОПИСАНИЕ УСТРОЙСТВА
В существующих устройствах аварийной разгрузки, эксплуатируемых в энергосистемах, отключаемые потре- бители жестко распределены по ступеням ОН. Это приво- дит к тому, что при изменении мощности нагрузки раз- личных потребителей меняется реальный объём ступени отключения нагрузки. Иногда объём одной и той же ступени в разное время суток, недели или года может отличаться в несколько раз. При этом за расчетный объём ступени ОН, как правило, принимается минимально воз- можное значение. Как следствие, срабатывание устройств противоаварийной автоматики с действием на отключение нагрузки приводит к её отключению в большем, чем тре- буется в реальных условиях, объёме [1].
Проведенные исследования показали, что основными недостатками существующих устройств аварийной разг- рузки энергоузла являются:
отсутствие контроля предшествующего режима работы ЭЭС и текущего значения мощностей отключаемых нагрузок;
отсутствие возможности адаптации к изменениям основных режимных параметров энергосистемы (напряжение, частота) и нагрузки в энергоузле;
жесткое распределение отключаемых потребителей по ступеням ОН;
избыточное действие при отключении нагрузки;
низкий уровень избирательной способности.
Разработка многофункционального устройства адаптив- ной автоматики разгрузки энергоузла, определяющего объём отключения нагрузки на основании адаптации к её изменению, позволит исключить избыточное действие противоаварийной автоматики при отключении нагрузки.
Разрабатываемое устройство может работать как само- стоятельно, так и в составе системы противоаварийной автоматики в качестве исполнительного устройства.
Алгоритм работы такого устройства представлен на рис. 1.
Как видно из рис. 1, устройство действует на отклю- чение нагрузки при наступлении одного из трех возмож- ных событий: поступление сигнала ОН от внешнего устройства ПА; снижение частоты или напряжения ниже уставки срабатывания.
В случае приёма внешнего сигнала ОН (ΔSвнеш.) от устройства противоаварийной автоматики энергосистемы, получаемого по каналам ПА, алгоритм устройства отклю- чения нагрузки МУААРЭ сопоставляет значение ΔS внеш.
с мощностями нагрузок всех имеющихся присоединений и их комбинациями. Выбирается одно или несколько отключаемых присоединений с учетом категории надеж- ности электроснабжения, которые имеют самые близкие значения мощностей нагрузок к величине ΔSвнеш., после чего подается сигнал на отключение выбранных потреби- телей.
Измерение параметров режима
на шинах нагрузки (Δ Sнагр, fЭЭС, Uнн)
Uнн<Uуст
да нет
да нет
fЭЭС<fуст да нет
Вычисление ΔSнагр = S1 – S2
Распределение ΔS внеш. между присоединениями
Отключение нагрузки
Распределение ΔSзадан.между присоединениями В начало
алгоритма
Отключение нагрузки Распределение
ΔSнагр между присоединениями
Отключение нагрузки
Срабатывание МУААРЭ
Рис. 1 – Алгоритм работы многофункционального устройства адаптивной автоматики разгрузки энергоузла
В случае снижения значения частоты в электроэнерге- тической системе ниже заданной уставки по частоте, срабатывает алгоритм автоматической частотной разг- рузки МУААРЭ, который осуществляет дозированное отключение части нагрузки ΔSзадан. на шинах низшего напряжения подстанции, соответствующей текущему отклонению частоты. Выбор отключаемых присоединений осуществляется с учётом категории надежности электро- снабжения потребителей таким образом, чтобы умень- шить избыточное действие АЧР.
В случае снижения напряжения на шинах потребителя ниже заданной уставки по напряжению, срабатывает алгоритм автоматики ограничения снижения напряжения МУААРЭ. Вычислительный блок алгоритма автоматики ограничения снижения напряжения рассчитывает определенный объём полной мощности нагрузки ΔSнагр., при отключении которого значение напряжения повысится до заданного уровня. Рассчитанная мощность отключения нагрузки ΔSнагр. в блоке сравнения алгоритма АОСН сопоставляется с мощностями нагрузок всех имеющихся присоединений и их комбинациями.
Выбирается одно отключаемое присоединение или комбинация присоединений с учетом категории надежности электроснабжения, которая имеет самое близкое значение мощности нагрузки к величине ΔSнагр., после чего подается сигнал на отключение выбранных потребителей.
III. СТРУКТУРА УСТРОЙСТВА
Структурно-функциональная схема многофункцио- нального устройства адаптивной автоматики разгрузки энергоузла представлена на рис. 2. Структурно-функцио- нальная схема устройства включает в себя следующие блоки:
блок измерения;
блок вычисления управляющих воздействий АОСН;
блок сравнения и формирования сигнала на управ- ление нагрузкой;
исполнительный орган отключения нагрузки.
Блок измерения (БИ) производит непрерывное изме- рение уровня напряжения и частоты на шинах потреби- теля и значение тока, протекающего через вводной выключатель трансформатора подстанции.
Блок вычисления управляющих воздействий АОСН определяет объём нагрузки, которую необходимо отключить для обеспечения нормируемого значения напряжения в аварийных ситуациях, приводящих к его снижению.
Блок сравнения и формирования сигнала на управ- ление нагрузкой осуществляет сравнение текущих режим- ных параметров на входе алгоритмов с уставками сраба- тывания и рассчитывает объём отключения нагрузки.
В случае превышения одним из режимных параметров уставки срабатывания алгоритмов МУААРЭ, происходит формирование сигнала на отключение нагрузки в энерго- узле. Сигнал срабатывания поступает в исполнительный орган отключения нагрузки, осуществляющий отклю- чение линейных ячеек потребителей. Исполнительный орган подает дискретные сигналы на отключение нагрузок с помощью выходных реле.
IV. ПРИНЦИП РАБОТЫ УСТРОЙСТВА
Устройство работает следующим образом. Изме- ренные параметры от блока измерения, а также пара- метры, характеризующие значения полной мощности подключенных нагрузок от многофункциональных изме- рительных преобразователей (МИП), поступают в вычисли- тельный блок и в блок сравнения и формирования сигнала на управление нагрузкой. В последний кроме этого от системы сбора и передачи информации (ССПИ) поступают сигнал на срабатывание и сигнал характе- ризующий величину отключения нагрузки при срабаты- вании внешнего устройства ПА.
МИП
S
н1U, I
Uуст.
на отключение нагрузки
Сигнал срабатывания внешнего устройства ПА МИП
S
н2МИП
S
н3ΔSвнеш Исполнительный
орган отключения
нагрузки
Блок измерения
Вычислительный блок
Алгоритм УОН Алгоритм АЧР Блок сравнения
АОСН
fуст.
ΔSнагр
Блок сравнения и формирования сигнала на
управление нагрузкой fвх.
Sнагрi
Алгоритм АОСН
ССПИ ТА
ЦАП U, f
I
Sнагрi
Sнагрi
Sнагрi
ССПИ Внешнее
устройство ПА Канал ССПИ
ТV
ЦАП 0
1
Многофункциональное устройство адаптивной автоматика разгрузки
энергоузла
Рис. 2 – Структурно-функциональная схема многофункционального устройства адаптивной автоматики разгрузки энергоузла
A. Алгоритм АОСН
При снижении напряжения ниже уставки блок вычис- ления управляющих воздействий АОСН рассчитывает объём полной мощности ΔSнагр., при отключении которого напряжение восстановится до нормированного значения.
Рассчитанная мощность в блоке сравнения и форми- рования сигнала на управление нагрузкой сравнивается с мощностями нагрузок присоединений и их комби- нациями, выбирается одно или несколько присоединений с учетом категории надежности электроснабжения, кото- рые имеет самые близкие значения мощностей нагрузок к величине ΔSнагр., и подается сигнал на отключение выбранных присоединений.
B. Алгоритм АЧР
При снижении частоты на шинах потребителя ниже уставки срабатывания алгоритм АЧР осуществляет отклю- чение части нагрузки, соответствующей текущему откло- нению частоты. При этом отключаемые присоединения подбираются таким образом, чтобы суммарный объём отключаемой нагрузки наиболее точно соответствовал заданному объёму нагрузки, подключаемому под действие АЧР на этой подстанции, с учетом категории надежности потребителей.
C. Алгоритм УОН
В случае приёма сигнала ОН от внешнего устройства ПА, алгоритм УОН осуществляет отключение части нагрузки в энергоузле. При этом отключаемые присоединения подбираются таким образом, чтобы суммарный объём отключаемой нагрузки наиболее точно соответствовал объему отключаемой нагрузки (ΔS внеш.), полученному от внешнего устройства ПА.
Если же сигналов на отключение нагрузки от внеш- него устройства ПА не поступало, а режимные параметры находятся в допустимых пределах, то устройство нахо- дится в режиме ожидания, выполняя постоянный мони- торинг основных режимных параметров ЭЭС и нагрузки.
V. РЕЗУЛЬТАТЫ
Разработанное многофункциональное устройство адап- тивной автоматики разгрузки энергоузла выполнено по модульному принципу и совмещает в себе функции автоматической частотной разгрузки, автоматики ограни- чения снижения напряжения, устройства отключения нагрузки по факту приема внешнего сигнала. Устройство может осуществлять разгрузку энергоузла при снижении основных режимных параметров ЭЭС и отвечает следующим требованиям:
адаптивность – способность подстраиваться к изме- нениям нагрузок, частоты и напряжения, т. е. уст- ройство имеет возможность производить расчет нового значения отключаемой мощности при каж- дом изменении нагрузок или режимных параметров ЭЭС;
избирательная способность, которая даёт возмож- ность оптимального подбора отключаемых нагрузок с учетом категории надежности электроснабжения, что позволяет уменьшить ущерб от недоотпуска электроэнергии потребителям за счет уменьшения избыточного действия ПА при отключении наг- рузки.
Применение многофункциональных устройств адап- тивной автоматики разгрузки энергоузла позволит осущест- влять более эффективное ограничение нагрузки потреби- телей в аварийных ситуациях, избегая при этом избы- точного действия противоаварийной автоматики.
Список литературы
[1] Ландман А.К., Петров А.Э., Данилов М.В. Адаптивная система специальной автоматики отключения нагрузки как элемент Smart Grid // Журнал ИСУП. 2014. № 5.
© IX Международная научно-техническая конференция «Электроэнергетика глазами молодежи – 2018»