Журнал "Энергорынок" # 2 за 2006 год

    Система мониторинга переходных режимов (СМПР) - это новая технология регистрации параметров переходных режимов для анализа динамических свойств ЕЭС, реализуемая с помощью:

• технических средств регистрации и передачи информации;
• средств ее обработки и анализа;
• обученного персонала.
      Переходный режим - быстропротекающий процесс перехода от одного установившегося режима к другому после возникновения возмущения в энергосистеме (отключение генераторов, линий, короткое замыкание и т. д.). При переходе возникают колебания напряжений, токов, частоты и других параметров. Характер колебаний может быть выявлен, если они измеряются с дискретностью не более 20 мс. Необходимую в ЕЭС дискретность система телеизмерений обеспечить не может.
      Длительность переходных режимов составляет несколько секунд, но именно она качественно определяет дальнейшее поведение системы: перейдет ли она в новый установившийся режим или возникнет авария.
      Характер переходных режимов определяется не только возмущением, но и динамическими свойствами электроэнергетической системы, Изучение этих свойств проводится с помощью цифровых моделей, в которых должны быть максимально точно описаны:
  
• регуляторы возбуждения генераторов;
• регуляторы скорости вращения турбин;
• динамические модели нагрузок;
• модели устройств защиты и автоматики.
      Любые модели, а модели для анализа динамических свойств энергосистемы в особенности, нуждаются в верификации, т. е. сравнении измеренных в различных узлах энергосистемы фактических параметров переходного режима с параметрами, полученными расчетным путем для одного и того же возмущения.
      Анализ динамических свойств электроэнергетической системы возможен, если параметры в ее различных географических точках измеряются в одинаковые моменты времени. Эта задача решается с помощью сигналов PPS (pulse per second), посылаемых космическими спутниками.
      Системы мониторинга переходных режимов успешно развиваются во всех крупных энергосистемах мира и называются Wide Area Measuring Systems (WAMS). В России решено назвать такую систему "СМПР", что точнее отражает ее назначение.
  

      Пример использования СМПР
      В настоящее время в ЕЭС работают два регистратора СМПР, введенных в эксплуатацию в апреле 2005 г. на подстанциях "Ленинградская" и "Южная" (Екатеринбург). Пример использования этих регистраторов представлен ниже.
      30 ноября 2005 г. в 11 ч 29 мин 19 с в ОЭС Урала на Сургутской ГРЭС-2 произошло отключение энергоблока № 4 с нагрузкой 812 МВт. Анализируя регистрограммы частоты, записанные на подстанциях "Ленинградская" и "Южная" (см. рисунок), можно сделать следующие выводы:
  

• регистрограммы правильно отражают физическую сущность реакции системы на возмущение. Поскольку ПС "Южная" находится ближе к месту возмущения, первичный бросок частоты здесь составляет =0,060 Гц, что значительно выше, чем на подстанции "Ленинградская" (=0,032 Гц);
• в районе Екатеринбурга скорость изменения частоты при возмущении в Сургуте значительно выше, чем в Санкт-Петербурге;
• волна частоты от места возникновения аварии к периферийным узлам четко прослеживается и позволяет оценить время ее распространения между ПС "Южная" и "Ленинградская", находящимися на расстоянии около 1800 км. Это время составляет приблизительно 0,4 с;
• полученные кривые позволяют экспериментально определить квазистатическое отклонение частоты и крутизну частотной характеристики системы:
• возникшие колебания частоты с периодом около 3,2 с затухают с постоянной времени 8 с, что показывает хорошие демпфирующие свойства ЕЭС;
• при данном виде возмущения нет опасности возникновения низкочастотных межзональных колебаний.
  
      Показания частотомера СО-ЦДУ с дискретностью 1 с не характеризуют переходный процесс, а позволяют всего лишь зафиксировать переход частоты от одного стационарного состояния к другому.
      Зная, что возмущения существуют, и не умея их численно оценивать с достаточной точностью, мы вынуждены страховаться и предусматривать дополнительные запасы при определении допустимых максимальных перетоков и областей существования режима.
      Приведенный пример показывает, что даже два регистратора дают информацию, позволяющую сделать много полезных выводов. Но для корректировки систем противоаварийной автоматики необходима сеть регистраторов, охватывающих всю энергосистему. По оценке американских экспертов, количество объектов, на которых необходимо регистрировать параметры переходных режимов, должно составлять около 10% от общего количества узлов сети 330-500-750 кВ.
  
  
      Области практического применения СМПР
      Внедрение WAMS в энергосистемах США, Западной Европы, Китая позволило выявить несколько направлений их практического применения:
      1. Верификация цифровых моделей ЕЭС и их отдельных элементов:
  
• моделей устройств автоматического регулирования и управления;
• моделей нагрузок для уточнения их статических и динамических характеристик;
• цифровой модели ЕЭС в целом.
      2. Мониторинг напряжений в узлах сети:
  
• контроль устойчивости нагрузки и предотвращение лавины напряжения;
• формирование управляющих воздействий на регулируемые источники реактивной мощности;
• визуализация уровней напряжений в системе.
      3. Анализ произошедших аварий: разработка методологии анализа системных аварий и аварий регионального уровня; разработка стандартных процедур анализа аварий.
      4. Получение качественного приближения для расчета режима в реальном времени: использование векторов напряжений (модуль и угол) в узлах сети, в которых установлены регистраторы СМПР, позволяет создать "каркас" математической модели, существенно ослабить проблему сходимости и снизить время расчета режима. Это особенно важно для ЕЭС ввиду большой протяженности линий электропередачи.
      5. Выявление и анализ низкочастотных колебаний. Согласованная по времени регистрация изменения частоты позволяет наблюдать низкочастотные колебания при их появлении в течение 15 мин. Анализ амплитуд колебаний и характера их распространения позволяет определить источник колебаний и рекомендовать меры по их подавлению.
      6. Мониторинг фазовых углов напряжений в узлах сети. Появляется возможность уточнения пределов передаваемой мощности по отдельным линиям и сечениям путем сравнения рассчитанных и измеряемых в режиме online углов напряжений. Уточнение пределов в меньшую сторону позволит снизить мощность отключаемых потребителей при возникновении дефицита мощности в системе. Также становится возможной быстрая идентификация асинхронного режима энергосистемы.
      Создание СМПР осуществляется в соответствии с приказами РАО "ЕЭС России" № 344 от 1 июня 2005 г. "О создании системы мониторинга переходных режимов" и № 761 от 22 ноября 2005 г. "Об установке регистраторов переходных режимов в Московской энергосистеме