© Беляев А.Н., кафедра «Электрические системы и сети», СПбГПУ, 2012 г.

Курсы лекций

• Жданов П.С. Вопросы устойчивости электрических систем. Под ред. Л.А. Жукова. М.: Энергия, 1979. 456 с.
• Левинштейн М.Л., Щербачев О.В. Статическая устойчивость электрических систем. Учебное пособие. СПб.: СПбГТУ, 1994. 264 с.
• Беляев А.Н., Першиков Г.А., Рындина И.Е., Смоловик С.В. Переходные процессы в электроэнергетических системах. Часть III. СПб: СПбГПУ, 2016. 156 с.
• Юрганов А.А., Кожевников В.А. Регулирование возбуждения синхронных генераторов. СПб.: Наука, 1996. 138 с.
• Андерсон П., Фуад А. Управление энергосистемами и устойчивость. Пер. с англ. под ред. Я.Н. Лугинского. М.: Энергия, 1980. 568 с.

Переходные процессы в электроэнергетических системах (часть III)

Основная литература

Развитие объединенных электроэнергетических систем, охватывающих большие территории с многочисленными мощными электрическими станциями обусловило необходимость углубленного рассмотрения вопросов обеспечения статической устойчивости возможных режимов их работы. Если ранее основной интерес представляли задачи нахождения предельных режимов отдельных дальних электропередач, связывающих удаленные станций с центрами потребления энергии, то в настоящее время все более актуальным является рассмотрение статической устойчивости сложных энергосистем с учетом действия современных систем сильного регулирования возбуждения генераторов, регулирования моментов турбин, мощностей отдельных элементов нагрузки и т.д.  

Постановка задач такого типа стала возможной благодаря быстрому развитию цифровых вычислительных машин, способных обеспечить решение сложных динамических задач при использовании для их математического описания достаточно строгих исходных уравнений.

Развитию теории статической устойчивости энергосистем посвящено большое число работ. Эти работы базируются на исследованиях таких видных ученых, как А.А.Горев, П.С.Жданов, С.А.Лебедев, И.С.Брук, И.М.Маркович, В.А.Веников, Л.В.Цукерник, С.А.Совалов и др., которыми сформулированы уравнения переходных процессов в энергосистемах и найдены пути исследования их устойчивости.

Программа данного курса предполагает систематическое изложение теории статической устойчивости электрических систем на основе общих уравнений синхронных машин, детальное рассмотрение методики учета сильного регулирования возбуждения, изложение разработанных к настоящему времени способов определения предельных режимов по сползанию и самораскачиванию сложных систем с помощью вычислительных машин.

• Горев А.А. Избранные труды по вопросам устойчивости электрических систем. М.: Госэнергоиздат, 1960. 260 с.
• Применение цифровых вычислительных машин в электроэнергетике: Учебное пособие для вузов / О.В. Щербачев, А.Н. Зейлингер, К.П. Кадомская и др. Л.: Энергия. Ленинградское отделение, 1980. 240 с.
• Беляев А.Н., Горюнов Ю.П., Смирнов А.А., Смоловик С.В. Анализ развития крупных системных аварий: Учебное пособие по курсу «Электромеханические переходные процессы в электроэнергетических системах». СПб. СПбГПУ, 2006. 72 с.
• IEEE Recommended Practice for Excitation System Models for Power System Stability Studies // IEEE Std 421.5. 1992. 56 pp.

Дополнительная литература

1. АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ПРОСТЕЙШЕЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

1.1. Постановка задачи

1.2. Уравнения малых возмущений

1.3. Устойчивость нерегулируемой синхронной машины

1.4. Исследование устойчивости регулируемой синхронной машины на основе анализа коэффициентов характеристического уравнения и определителя Гурвица

1.5. Физические закономерности регулирования возбуждения по производным режимных параметров

2. СТРУКТУРА, МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ И МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ АВТОМАТИЧЕСКИХ РЕГУЛЯТОРОВ ВОЗБУЖДЕНИЯ СИЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ

2.1. Математическое моделирование АРВ сильного действия

2.2. Методика расчета областей D-разбиения

2.3. Совместное применение метода D-разбиения и расчета собственных значений для оптимизации настройки АРВ

2.4. Метод одновременной координации настроек регуляторов возбуждения генераторов на базе численного поиска

3. РЕЖИМ УСТАНОВИВШИХСЯ КОЛЕБАНИЙ СИНХРОННОЙ МАШИНЫ. КОЭФФИЦИЕНТЫ СИНХРОНИЗИРУЮЩЕГО И ДЕМПФЕРНОГО МОМЕНТОВ

3.1. Общие положения

3.2. Расчетные условия. Исследование малых колебаний без учета активных сопротивлений статора

3.3. Эквивалентные комплексные проводимости синхронной машины в режиме колебаний и их свойства

3.4. Составляющие электромагнитного момента

3.5. Пример вычисления составляющих электромагнитного момента

3.6. Определение влияния параметров внешней сети на величину демпферного момента

4. МЕРЫ ПОВЫШЕНИЯ СТАТИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ

4.1. Общие положения

4.2. Синхронные компенсаторы

4.3. Статические компенсаторы реактивной мощности

4.4. Управляемые шунтирующие реакторы

4.5. Фазоповоротные трансформаторы

4.6. Продольная емкостная компенсация

4.7. Гибкие электропередачи переменного тока

5. РЕГУЛИРОВАНИЕ МОЩНОСТИ ПЕРВИЧНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

5.1. Простейшие модели паровых турбин как объектов регулирования

5.2. Уравнения динамики регулирования паровых турбин при больших возмущениях

5.3. Математическое моделирование дизельного агрегата для расчетов статической и динамической устойчивости

5.4. Математическое моделирование газотурбинных установок для расчетов динамической устойчивости и выбора средств противоаварийного управления

6. КРУТИЛЬНЫЕ КОЛЕБАНИЯ ВАЛОПРОВОДОВ ТУРБОАГРЕГАТОВ И МЕТОДЫ ИХ ПОДАВЛЕНИЯ

6.1. Явление субсинхронного резонанса

6.2. Математическое моделирование крутильных колебаний валопровода турбоагрегата

6.3. Анализ демпферных свойств простейшей электропередачи с установкой продольной емкостной компенсации

7. РАСЧЕТ УСТАНОВИВШИХСЯ РЕЖИМОВ, ПРЕДЕЛЬНЫХ ПО АПЕРИОДИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ

8. РАЗВИТИЕ ТЕХНОЛОГИИ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ С АКТИВНО-АДАПТИВНОЙ СЕТЬЮ (SMART GRID)

Теоретическая часть

• Синхронная динамическая устойчивость электрической станции, работающей параллельно с мощной электроэнергетической системой
• Исследование эффективности мероприятий по повышению предела динамической устойчивости
• Исследование динамической устойчивости межсистемной электропередачи
• Синхронная динамическая устойчивость объединенной электроэнергетической системы

Лабораторный практикум

1. Общий метод анализа статической устойчивости ЭЭС. Постановка задачи. Теоремы Ляпунова. Статически устойчивый установившийся режим. Характеристическое уравнение системы.

2. Общее решение системы линейных дифференциальных уравнений. Характер протекания переходного процесса. Косвенные критерии устойчивости. Границы апериодической и колебательной устойчивости.

3. Утяжеление режима ЭЭС из заведомо устойчивого. Оптимизация систем регулирования возбуждения методом Д-разбиения. Определение границы устойчивости. Построение кривых равного затухания. Преимущества и недостатки метода Д-разбиения.

4. Аналитическое исследование устойчивости простейшей электроэнергетической системы. Уравнения малых возмущений. Характеристический полином системы и его анализ по критерию Гурвица.

5. Аналитическое исследование устойчивости регулируемой синхронной машины. Основные допущения. Влияние производных режимных параметров на статическую устойчивость.

6. Меры повышения статической устойчивости современных электроэнергетических систем. Основные принципы.

7. Продольная емкостная компенсация. Российский и мировой опыт внедрения установок управляемой продольной компенсации. Преимущества и недостатки. Повышение номинального напряжения. Расщепление проводов. Линии повышенной натуральной мощности.

8. Синхронные компенсаторы (СК) и статические тиристорные компенсаторы (СТК). Векторные диаграммы работы СК. Достоинства и недостатки СК и СТК.

9. Управляемые шунтирующие реакторы (УШР). Виды УШР и основные принципы их работы. Укрупненные стоимостные показатели устройств поперечной компенсации. Преимущества и недостатки УШР.

10. Вопросы обеспечения режимной управляемости транзитных электропередач переменного тока класса 500 кВ. Стратегии коммутации неуправляемых реакторов (ШР). Потребность транзита в регулировании реактивной мощности. Обеспечение рабочих режимов без коммутаций ШР.

11. Статическая устойчивость транзитных электропередач с устройствами управляемой поперечной компенсации. Определение минимально необходимых технических требований к УШР. Динамическая устойчивость транзита в цикле ОАПВ.

12. Характеристики первичных двигателей генераторов электрических систем. Основные положения. Обобщенный анализ взаимодействия элементов системы регулирования. Статические и динамические характеристики турбины.

13. Простейшая модель турбины для сетевых расчетов. Механизм управления турбиной и статизм регулирования. Требования UCTE к регулированию частоты.

14. Упрощенные модели автоматических регуляторов частоты вращения дизельных (регулятор Вудвард), газотурбинных и газопоршневых агрегатов. Примеры реального поведения турбин при больших возмущениях.

15. Предпосылки развития активно-адаптивных сетей (smart grid). Гибкие электропередачи переменного тока (FACTS). Системы распределенной генерации на основе возобновляемых источников энергии. Возможности аккумулирования энергии.

16. Управление активно-адаптивной сетью. Направления развития и совершенствования методов регулирования частоты, напряжения и противоаварийной автоматики. Координирующие системы управления режимами на основе технологии WAMS (СМПР).

17. Субсинхронный резонанс (ССР) в системах с продольной емкостной компенсацией. Моделирование механической системы валопровода в расчетах переходных процессов. Влияние степени компенсации на демпфирование различных составляющих движения.

18. Снижение скручивающих моментов в системе газотурбинного привода генераторов автономной электростанции. Применение разделительного трансформатора для электроснабжения местной двигательной нагрузки. Подавление скручивающих моментов с помощью последовательного электрического торможения.

19. Оптимизация тихоходных дизель-генераторов большой мощности в автономных системах электроснабжения. Влияние механических инерционных постоянных агрегатов. Применение дополнительного регулирования возбуждения для демпфирования колебаний.

Вопросы к экзамену

• Горюнов Ю.П. Методы, алгоритмы и программы для исследования с помощью ЭЦВМ условий самораскачивания и качества переходных процессов в сложных электрических системах: дис... канд. техн. наук; Ленинградский политехнический институт им. М. И. Калинина. Л., 1971. 202 с.
• Смоловик С.В. Методы математического моделирования переходных процессов высокоиспользованных и нетрадиционных синхронных генераторов электроэнергетической системы: дис... докт. техн. наук. ЛПИ им. М.И. Калинина, 1988. 420 с.
• Рагозин А.А. Обобщенный анализ динамических свойств энергообъединений на основе структурного подхода: дис... д-ра техн. наук: 05.14.02; СПбГТУ, Электромеханический факультет. СПб., 1998. 353 с.
• Масленников В.А. Управление собственными динамическими свойствами крупных энергообъединений и дальних электропередач: дис... д-ра техн. наук: 05.14.02; СПбГТУ, Электромеханический факультет. СПб., 1998. 284 с.
• Беляев А.Н. Динамические свойства и устойчивость транзитных электропередач и автономных энергосистем с новым управляемым силовым оборудованием: дис... д-ра техн. наук: 05.14.02; СПбГПУ. 2012. 276 с.
• Першиков Г.А. Изучение условий параллельной работы криотурбогенератора КТГ-300-2 в электроэнергетической системе: дис... канд. техн. наук: ЛГТУ, 1990. 167 с.
• Сатанин В.В. Применение устройств компенсации реактивной мощности для оптимизации режимов и устойчивости межсистемной транзитной электропередачи 330 кВ Кольская АЭС – Ленэнерго: дис... канд. техн. наук: СПбГПУ, 2005. 171 с.
• Першин П.И. Разработка математической модели многоагрегатной газотурбинной электростанции для исследования и оптимизации алгоритмов управления: дис... канд. техн. наук: СПбГПУ, 2006. 155 с.
• Епифанова О.В. Оптимизация режимов работы автономных систем электроснабжения с мощными тихоходными генераторами с дизельным приводом: дис... канд. техн. наук: СПбГПУ, 2007. 155 с.
• Кадхем Басим Т. Исследование крутильных колебаний валопроводов турбоагрегатов в энергосистемах с устройствами продольной емкостной компенсацией и разработка способов их подавления: дис... канд. техн. наук: СПбГПУ, 2009. 136 с.
• Николаев Р.Н. Моделирование трансформаторного оборудования для расчета установившихся и переходных процессов в электроэнергетических системах: дис... канд. техн. наук: 05.14.02. СПбГПУ, 2011. 231 с.
• Назарова Е.С. Разработка методики выбора мест установки устройств поперечной компенсации реактивной мощности в сетях 330-500 кВ: дис... канд. техн. наук: ИГЭУ им.В.И.Ленина, 2012. 170 с.

Диссертации аспирантов и докторантов кафедры «Электрические системы и сети», лежащие в основе данного курса

Материалы по курсу «Основы переходных процессов, часть 3»