Особливості аналізу перехідної надійності електроенергетичних

Систем

 

В ЕЕС виникають різні за характером аварії внаслідок широкого спектру первинних збурень, різноманітності схем та вихідних режимів. Можливі шляхи розвитку та припинення аварійних режимів зображені на рис. 5.20.

Нехай первинні збурення спричинили вимикання елементів схеми ЕЕС. Найімовірніші наслідки вимикань - це втрата зв'язків між окремими споживачами та джерелами живлення, зниження напруги на шинах ПС, перевантаження ЛЕП або зниження пропускної здатності зв'язків, порушення балансу активної потужності та зниження частоти в системі. Кожен з цих негативних наслідків вимикань усувається оперативно-диспетчерським персоналом або засобами автоматики шляхом реалізації вказаних на рис. 5.20 діянь на ЕЕС або шляхом вимикання навантаження.

Рис. 5.20. Шляхи розвитку та припинення аварійних режимів ЕЕС

 

Складні або важкі первинні збурення спричинюють втрату стійкості та виникнення асинхронного режиму, який ліквідується діяннями на ЕЕС і на споживачів. В особливих випадках можливі аварійні режими з дуже важкими для ЕЕС наслідками (нижня частина схеми рис. 5.20).

Звертає на себе увагу той факт, що ліквідація аварій майже завжди супроводжується вимиканням навантаження, тобто майже завжди порушується функціонування ЕЕС і споживачам недодається електроенергія. Випадкові вимикання навантаження мають місце тільки після втрати зв'язків між споживачами та джерелами живлення. В усіх інших випадках навантаження вимикається цілеспрямовано оперативно-диспетчерським персоналом або засобами автоматики з метою припинення розвитку аварій. Обсяги недовідпущеної під час ліквідації аварій електроенергії визначають рівень перехідної надійності ЕЕС.

Оперативно-диспетчерський персонал вимикає навантаження, вводячи в дію графіки обмежень та вимикань живлення. До таких графіків належать:

- графіки обмежень споживання електроенергії, які вводяться під час ремонтів, дефіцитів енергоресурсів, тривалих дефіцитів потужності в ЕЕС;

- графіки вимикань живлення (аварійних та екстренних), що вводяться у передаварійних та аварійних ситуаціях;

- графіки місцевого розвантаження в електроенергорайоні, що вводяться під час аварійних виділень району на ізольовану від ЕЕС роботу.

Автоматично навантаження вимикається пристроями різного призначення, найважливішими серед яких є АЧР і спеціальна автоматика вимикання навантаження (САВН). САВН запобігає втраті стійкості. Ефект її роботи досягається за рахунок швидкого розвантаження зв'язків у перші секунди аварійного процесу. Навантаження вимикається чергами в дефіцитній частині ЕЕС. САВН запускається під час виникнення конкретної ситуації, яка визначає початок електромеханічного перехідного процесу. До таких ситуацій належать:

- небезпечне зниження напруги у вузлах навантаження;

- вимикання лінії міжсистемного чи внутрісистемного зв'язків;

- накидання потужності на лінії зв'язків чи перерізів.

Аварійні режими ліквідують керуючими діяннями на ЕЕС. Як тільки виникли первинні збурення, в роботу вступають засоби РЗА та диспетчер, які відокремлюють від ЕЕС пошкоджені елементи та виконують керуючі діяння, щоб припинити розвиток аварійного режиму й обмежити коло його поширення, тобто локалізувати режим у часі та в просторі. Далі під час простих і складних відмов виконується ВРДО - введення режиму в допустиму область, тобто переведення аварійного режиму в допустимий за параметрами післяаварійний режим, який підлягає наступній нормалізації.

Локалізація, ВРДО, нормалізація режиму - це стадії процесу ліквідації аварій, які в різних аварійних режимах по-різному проявляються. Якщо вони супроводжуються диспетчерськими чи автоматичними вимиканнями споживачів, то мають місце відмови ЕЕС. За умови вибору для конкретного процесу ліквідації аварії оптимального складу і доз керуючих діянь недовідпуски електроенергії споживачам будуть мінімальними.

На рис. 5.20 зображено так звані "благополучні", тобто неускладнені шляхи розвитку та припинення аварійних режимів, коли в процесі їх ліквідації не виникають додаткові збурення у вигляді відмов вимикачів, відмов чи хибного спрацювання засобів РЗА, помилок оперативно-диспетчерського персоналу тощо. Якщо ж додаткові збурення виникають, то розвиток аварій набуває ланцюжкового характеру.

Ланцюжкова аварія - це каскад подій в ЕЕС, число яких залежно від умов, що склалися, коливається від кількох одиниць до двох десятків. У різних аваріях події в ланцюжку не повторюються, тобто кожна ланцюжкова аварія має індивідуальний характер. В електроенергооб'єднаннях розвинутих країн зареєстровано значну кількість важких ланцюжкових аварій, на які припадає 80-90% аварійного недовідпуску електроенергії споживачам.

Події у ланцюжку можна розділити на дві групи. Перша група подій - це потрапляння ЕЕС у стани, з яких її необхідно виводити. Друга група - це позитивні та негативні діяння на ЕЕС у процесі ліквідації аварії.

Скорочений список подій першої групи та їх позначення:

- вимикання електроустановок ЕС і ПС - А;

- вимикання ЛЕП, що зв'язують вузли ЕЕС - В;

- недопустиме зниження напруги на шинах ПС чи ЕС - С;

- перевантаження або недопустиме зниження пропускної здатності зв'язків - D;

- виникнення дефіциту потужності в ЕЕС чи її підсистемі - Е;

- порушення стійкості та виникнення асинхронного режиму - F;

- поділ ЕЕС на ізольовано працюючі частини - G;

- оперативне відновлення паралельної роботи електроенергосистем - Н;

- відокремлення станції від ЕЕС - Р;

- погасання району електроенергосистеми - Q.

Скорочений список подій другої групи та їх позначення:

- дія пристроїв РЗА на елементи ЕЕС - і;

- дія пристроїв ПАА на схему та режими ЕЕС - j;

- відмова та хибна робота пристроїв РЗА - k;

- відмова та хибна робота пристроїв ПАА - l;

- відмова спрацювання комутаційних апаратів - m;

- неправильні дії оперативно-диспетчерського персоналу - n;

- уведення в дію резервів активної потужності - р;

- форсування джерел реактивної потужності - q;

- вимикання споживачів через втрату зв'язків з джерелами живлення - r;

- вимикання споживачів засобами ПАА - s;

- вимикання споживачів оперативно-диспетчерським персоналом - t.

Кожну аварію можна записати формально у вигляді схеми причинно-наслідкових зв'язків між подіями, як на рис. 5.21. Такі записи всієї сукупності аварій в конкретних енергооб'єднаннях полегшують порівняльний аналіз і дозволяють виявити деякі особливості їх формування. Таким способом можна, наприклад, виявити частку аварій з надмірно великою кількістю подій; встановити окремі події, які найчастіше повторюються у ланцюжках та є причиною затягування процесу ліквідації аварій; оцінити рівень підготовки персоналу чи ступінь досконалості засобів автоматики.

Рис. 5.21. Схема формування ланцюжкової аварії

Ефективних моделей аналізу перехідної надійності до цих пір ще не створено, але спроб побудови таких моделей зафіксовано багато. Вони базуються на різних підходах і відображають різні особливості процесу формування аварій.

Топологічна модель. Такого роду моделі використовують для статистичного аналізу ланцюжків подій в аваріях. Аналіз виконується ЕОМ за допомогою графа переходів, вузли якого - події з наведеного вище списку, а вітки - причинно-наслідкові зв'язки між ними. У пам'ять ЕОМ уводять матриці інциденцій графів разом з інформацією про дату, місце, тривалість аварії та про недовідпуски електроенергії. Топологічний запис подій у системних аваріях полегшує ретроспективний аналіз повного масиву аварій конкретного електроенергооб'єднання. Результати статистичного аналізу дозволяють сформувати знання про середні рівні живучості ЕЕС та про ступінь впливу на неї різних чинників.

Логіко-ймовірнісна модель. Враховуючи існування логічних зв'язків між подіями в ланцюжку, процеси розвитку аварій можна описувати, використовуючи метод дерева відмов або логічних функцій. Можна також використовувати теорему повної ймовірності. У цьому разі оцінюється ймовірність виникання аварії, яка може розвинутися з деяких елементарних подій (гіпотез) . До гіпотез можна віднести частину перерахованих вище подій обидвох груп. Таким чином

(5.56)

де - імовірність виникання елементарної події (гіпотези); - умовна ймовірність розвитку аварії в умовах існування і -ої гіпотези.

Розроблялися ентропійні, ігрові, канібалістичні та інші моделі аналізу живучості ЕЕС. Детальну інформацію про розроблювані моделі можна знайти в роботах [4, 11].

Контрольні питання та завдання

1. Як будують моделі навантаження та системи генерування ЕЕС?

2. Як визначають показники балансової надійності концентрованих енергосистем?

3. Наведіть хід побудови зведеної моделі генерувальної частини навантаження ЕЕС.

4. Проаналізуйте можливості наближеного визначення показників балансової надійності електроенергосистеми в електроенергооб’єднанні.

5. Викладіть загальну методику визначення показників балансової надійності електроенергооб’єднань.

6. Опишіть режими роботи міжсистемних зв’язків і небезпечних перерізів ЕЕС.

7. Викладіть принципи аналізу режимної надійності електроенерго­об’єднань.

8. Поясніть особливості аналізу перехідної надійності ЕЕС.