Анализ работы объектов ВИЭ при повышении напряжения в электрической сети с использованием программного комплекса PSCAD

Содержание

Введение

Глава 1. Математическое моделирование и анализ работы защит в программной среде PSCAD

1.1. Что рассматриваемые вами в ВКР объекты ВИЭ – это объекты генерации, которые подключаются к сети через силовые преобразователи (инверторы), т.е. они имеют инверторное включение

1.2. С чем связана необходимость введения алгоритмов LVRT и HVRT в системы управления инверторов объектов ВИЭ.

1.3. Анализ функции HVRT для объектов ВИЭ; описать, по каким причинам может возникать в энергосистеме повышение напряжения; описать требования к HVRT, согласно сетевым кодексам (grid code) различных стран (как выглядят характеристики, какие времена устанавливаются и т.д.).

1.4. Провести краткий анализ публикаций по данной теме в отечественных источниках, указать, что данный вопрос мало освещен, есть определенные пробелы.

1.5. Концепцию предлагаемого решения по реализации функции HVRT в рамках системы управления инвертора объекта ВИЭ, которая может быть отражена в зарубежных публикациях, и вы ее попытаетесь реализовать и проверить.

1.6. Описать структуру рассматриваемого объекта ВИЭ (например, ВЭУ 4-го типа и ее САУ),

1.7. Далее будет краткий раздел (несколько страниц) с описанием, что такое PSCAD, зачем он нужен, в чем его преимущества и особенности.

1.8. Подготовка математической модели энергосистемы в PSCAD для возможности воспроизведения различных случаев повышения напряжения.

1.9. Реализация алгоритма HVRT для системы управления объекта ВИЭ в PSCAD с пошаговым описанием всех блоков и логики работы.

1.10. Составляется план экспериментов, который зависит от возмущений и необходимых манипуляций с сетью или параметрами настройки алгоритмов управления, с помощью которого проводятся необходимые исследования.

1.11. Верификация разработанного алгоритма, т.е. проверка его логики работы; анализ существующих мероприятий для поддержания непрерывной работы ВИЭ в случае повышения напряжения.

1.12. Проведение экспериментальных исследований с учетом используемых моделей в PSCAD, где необходимо отразить все результаты испытаний с графиками, осциллограммами и таблицами.

Заключение

Список использованной литературы

КУРСОВАЯ РАБОТА

Анализ работы объектов ВИЭ при повышении напряжения в электрической сети с использованием программного комплекса PSCAD

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования обусловлена стремительным ростом доли возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в структуре Единой энергетической системы России и необходимостью обеспечения их устойчивой работы в различных режимах энергосистемы. Согласно Энергетической стратегии РФ до 2035 года, планируется увеличение установленной мощности объектов ВИЭ до 5,9 ГВт, что предъявляет повышенные требования к системам релейной защиты и автоматики данных объектов. Особую значимость приобретает проблема обеспечения непрерывности работы генерирующих установок ВИЭ при возникновении повышения напряжения в точке подключения, поскольку массовое отключение таких объектов может привести к нарушению баланса мощности и снижению устойчивости энергосистемы [1, c. 15].

Объекты ВИЭ, подключаемые к электрической сети через силовые преобразователи, обладают принципиально иными характеристиками по сравнению с традиционными синхронными генераторами, что требует разработки специализированных алгоритмов управления и защиты. Внедрение функций LVRT (Low Voltage Ride Through) и HVRT (High Voltage Ride Through) в системы управления инверторами является обязательным требованием современных сетевых кодексов, однако в отечественной технической литературе данный вопрос освещен недостаточно полно [3, c. 42]. Отсутствие единой методологии реализации алгоритмов HVRT и недостаточная проработка практических аспектов моделирования таких систем в программной среде PSCAD определяют научную и практическую актуальность настоящего исследования.

Цель курсовой работы – разработка и верификация алгоритма функции HVRT для системы управления объектом ВИЭ с использованием программного комплекса PSCAD.

Задачи исследования:

• проанализировать требования сетевых кодексов различных стран к функции HVRT и причины возникновения повышения напряжения в энергосистеме;
• исследовать структуру системы автоматического управления ветроэнергетической установки четвертого типа и особенности ее инверторного включения;
• разработать математическую модель энергосистемы в программной среде PSCAD для воспроизведения режимов повышения напряжения;
• реализовать алгоритм HVRT в системе управления инвертора объекта ВИЭ с детальным описанием логики функционирования всех блоков;
• провести экспериментальные исследования работы разработанного алгоритма при различных сценариях возмущений и выполнить анализ полученных результатов.

Объект исследования – ветроэнергетическая установка четвертого типа с инверторным подключением к электрической сети.

Предмет исследования – алгоритмы функции HVRT в системе управления силовым преобразователем объекта ВИЭ при повышении напряжения в точке подключения.

Методологическую базу исследования составляют теоретические основы релейной защиты и автоматики электроэнергетических систем, методы математического моделирования электромеханических процессов, нормативно-техническая документация (ПУЭ 7-е издание, СО 153-34.20.861, стандарты АО «СО ЕЭС»), а также программный комплекс PSCAD для имитационного моделирования переходных процессов.

Научная новизна работы заключается в адаптации зарубежных методик реализации функции HVRT к условиям российской энергосистемы и разработке верифицированной модели системы управления объектом ВИЭ в программной среде PSCAD.

Теоретическая значимость состоит в систематизации требований сетевых кодексов к функции HVRT и обобщении методов реализации данной функции. Практическая значимость определяется возможностью использования разработанных моделей и алгоритмов при проектировании систем управления реальных объектов ВИЭ и настройке параметров релейной защиты и автоматики.

Структура работы: курсовая работа состоит из введения, одной главы, включающей двенадцать параграфов, заключения и списка использованной литературы.

ГЛАВА 1. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И АНАЛИЗ РАБОТЫ ЗАЩИТ В ПРОГРАММНОЙ СРЕДЕ PSCAD

1.1. Объекты ВИЭ как генерирующие установки с инверторным включением в электрическую сеть

Современные объекты возобновляемой энергетики представляют собой технически сложные комплексы, функционирование которых существенно отличается от работы традиционных электростанций с синхронными генераторами. Принципиальной особенностью объектов ВИЭ является применение силовых полупроводниковых преобразователей – инверторов, обеспечивающих преобразование постоянного тока или тока переменной частоты в переменный ток промышленной частоты 50 Гц с параметрами, соответствующими требованиям электрической сети [2, c. 78]. Данная схема подключения получила наименование «инверторное включение» и применяется в ветроэнергетических установках типа 3 и 4, солнечных электростанциях, а также в некоторых типах гидроагрегатов малой мощности.

Инверторное включение обеспечивает ряд существенных преимуществ, определяющих его широкое распространение в современной энергетике. Во-первых, силовой преобразователь полностью развязывает электромагнитные процессы в генераторе и в электрической сети, что позволяет генератору работать с переменной частотой вращения, оптимальной с точки зрения максимизации отбора мощности от первичного энергоресурса. Во-вторых, система управления инвертора позволяет реализовать быстродействующее регулирование активной и реактивной мощности, выдаваемой в сеть, независимо от режима работы первичного двигателя [4, c. 123]. В-третьих, инвертор обеспечивает высокое качество электрической энергии, формируя синусоидальное напряжение с минимальным содержанием высших гармоник.

Структурно объект ВИЭ с инверторным включением включает следующие основные элементы: первичный двигатель (ветротурбина, фотоэлектрические панели, гидротурбина), электрический генератор (при наличии вращающихся частей), выпрямитель (при необходимости преобразования переменного тока в постоянный), звено постоянного тока с накопительными конденсат

…