Инструмент для определения надёжности энергосистемы по критерию N-1 

Одной из основных задач органов оперативно-диспетчерского управления является обеспечения надёжности функционирования энергосистемы. Наиболее распространённым показателем, характеризующим реализацию поставленной задачи, является выполнение требований критерия N-1 при краткосрочном планировании и управлении режимами энергосистемы в режиме реального времени.

Под обеспечением надёжности по критерию N-1 понимается такое состояние энергообъединения, при котором качественное снабжение электроэнергией потребителей, а также нормальная работа электростанций, должны обеспечиваться при внезапном отключении (выпадении) одного из элементов системы (4, 6, 7).

Требование выполнения критерия N-1 является определяющим при перспективном проектировании энергосистем для схем присоединения электростанций и подстанций к основной сети и обеспечения пропускной способности ОЭС в сечениях основной электрической сети для покрытия максимума нагрузки (6).

Для определения приоритетов при инструментальном обследовании ЛЭП в (1) предлагается воспользоваться критериями N-1, N-2. При этом под множеством выпадающих элементов понималось множество ЛЭП рассматриваемого энергообъединения.

При выводе оборудования в ремонт необходимо проверить надёжность оставшейся сети по критерию N-1 (4). Под множеством выпадающих элементов можно понимать всё оборудование энергосистемы или часть его, определённую степенью влияния внесённых изменений на всю систему.

Вообще говоря, вопрос о множестве выпадающих элементов определяется пользователем при решении конкретной задачи. Очевидно, что в качестве выпадающих элементов не должны рассматриваться консольные блоки нагрузки.

Под качественным снабжением электроэнергией потребителей, а также нормальной работой электростанций, понимается отсутствие:

1. Ограничения энергопотребления.
2. Перегрузок оборудования электростанций, подстанций и линий электропередачи.
3. Отклонений напряжения и частоты, опасных для работы генерирующего оборудования и потребителей электроэнергии, оборудования электрических сетей.
4. Нарушение устойчивости.

Чтобы определить надёжность по критерию N-1, необходимо иметь инструмент-процедуру, который позволил бы формально проверить, удовлетворяются ли перечисленные ограничения при отключении одного элемента единой электрической сети (N-1). В зависимости от задачи целесообразно, с точки зрения затрат времени, определить множество отключаемых элементов.

Процедура должна обеспечивать:

• расчёт установившегося режима,
• проверку на наличие перегрузок,
• проверку устойчивости,
• проверку на допустимость уровней напряжений в узлах сети,
• получение советов по устранению перегрузок или, по крайней мере, фиксацию их наличия.

При моделировании отключения какого-либо оборудования сети рассчитывается установившийся режим. Если он существует, и при этом не возникает перегрузок, целесообразно проверить получившуюся в результате отключения элемента схему энергосистемы по критерию N-1. Проверка состоит в том, что для образовавшейся сети из множества возможных отключаемых элементов, моделируется их отключение по одному из них поочерёдно. Если, в итоге, можно обеспечить качественное энергоснабжение потребителей за счёт некоторых схемно-режимных мероприятий, то это означает, что отключение оборудования допустимо. В противном случае необходимо предпринимать другие решения.

Проверка наличия необходимых схемно-режимных мероприятий может осуществляться с помощью ПК «Советчик по снятию перегрузок в энергосистеме (СД)», далее ПК СД. ПК СД использует программу расчёта установившегося режима (собственную или внешнюю), и, по результатам расчёта, производит проверку наличия перегруженных элементов, а в случае их наличия - проверку выработанных логическим блоком советов по устранению перегрузок.

ПК СД готов к работе, если расчёт установившегося режима после отключения одного или нескольких элементов системы показал наличие перегруженного оборудования. Если в модели энергосистемы предусмотрено включение каких-либо защит и/или противоаварийной автоматики, то полагается, что они уже отработали.

Логический блок СД на основе доступных для оперативного персонала инструментов (набор которых может быть дополнен): коммутации, изменение генерации в допустимых пределах, определяет схемно-режимные мероприятия (советы), необходимые для снятия перегрузок в оборудовании энергосистемы без отключения потребителей, строго выполняя ограничения [1-3]:

1. Не должно возникать ограничения энергопотребления;
2. Не должны возникать перегрузки оборудования электростанций, подстанций и линий электропередачи, выше заданных в блоке настройки;
3. Недопустим перенос перегрузки.

Поскольку расчёт установившегося режима производится известным методом Ньютона-Рафтона, то вопросы апериодической устойчивости возникают только при отсутствии сходимости итерационного процесса расчёта установившегося режима (5); при этом, возможно, потребуются дополнительные исследования переходных процессов с помощью дополнительных инструментов, которые могут быть включены в программный комплекс ПК СД.

В статье «Определение приоритетов инструментального обследования линий электропередач» (1) была сформулирована задача и предложена блок-схема алгоритма по определению приоритетов при проведении работ по инструментальному обследованию технического состояния ЛЭП. Использование ПК «Советчик по снятию перегрузок в оборудовании энергосистемы (СД)» позволило реализовать алгоритм и решить эту задачу для учебной энергосистемы «Тренэнерго», разработанной в ЦДС ОАО Мосэнерго, для проведения соревнований оперативно-диспетчерского персонала в 2001 г. В качестве выпадающих элементов энергосистемы рассматривались только ЛЭП различного напряжения. В рамках этого исследования логический блок СД использовался только для определения факта, что сетевые ограничения могут быть сняты с помощью оперативных схемно-режимных мероприятий.

При выводе оборудования в ремонт, в том числе и плановый, ПК-СД помимо выработки советов по снятию перегрузок можно использовать и как формальную процедуру для определения надёжности энергосистемы при принятой ремонтной схеме по критерию N-1.

Исходные данные для ПК СД представляют собой стандартное описание для расчёта режима в энергосистеме в виде RR-файла, при необходимости дополненные данными ТИ-ТС. Для возможности проверки состояния надёжности энергосистемы по критерию N-1, ПК СД позволяет отключить любой элемент энергосистемы (вплоть до станции), рассчитать установившийся режим, если он существует, определить наличие перегрузок и определить существование оперативных схемно-режимных мероприятий для их ликвидации.

В перечисленных источниках (1, 4, 6) обращается внимание на выбор режима, при котором необходимо проверять надёжность по критерию N-1. Так, в (1) предлагается проводить процедуру определения приоритетов для наиболее тяжёлого режима, например, для зимнего максимума. В задачах, связанных с выводом оборудования в ремонт, естественно пользоваться режимом, в котором будет находиться энергосистема при реализации мероприятия. В (7) неявно предлагается самый тяжёлый режим, и в качестве выпадающих элементов рассматриваются самые крупные генерирующие блоки, любой один элемент единой национальной электрической сети, имеющий наибольшее влияние на надёжность ЭС. Вероятно, при каждом случае проверки надёжности ЭС по критерию N-1 желательно определить множество выпадающих элементов в энергосистеме. Это может позволить существенно сократить время на вычисления. Здесь может пригодиться и опыт оперативно-диспетчерского персонала, и формальные процедуры, такие, как расчёт коэффициентов влияния предполагаемых действий на оборудование ЭС.

Поскольку при наличии исходных данных для энергообъединения ПК-СД позволяет смоделировать любой установившийся режим, если он существует, то для исследования надёжности ЭС по критерию N-1, ограничения по его применению отсутствуют.

Вывод: ПК «Советчик по снятию перегрузок в энергосистеме (СД)» может быть использован в качестве стандартного инструмента для определения надёжности энергосистемы по критерию N-1, и для решения задач, в которых важна автоматическая выработка схемно-режимных мероприятий для обеспечения качественного снабжения электроэнергией потребителей.