Ограничения схемы выдачи мощности Саяно-Шушенской ГЭС



В данной статье приводится анализ расчетов посвященных выявлению ограничений схемы выдачи мощности Саяно-Шушенской ГЭС. Обозначены режимные ограничения, а также кратко представлены пути решения данной проблемы.

Ключевые слова: схема выдачи мощности, статическая устойчивость, электрический режим, системные ограничения.

Электроэнергетика — это особая отрасль народного хозяйства, благодаря которой прочие отросли страны существуют и развиваются. Её главной отличительной чертой является технологический процесс, заключающийся в одновременности процессов производства, передачи, распределения и потребления главного продукта отросли — электроэнергии.

Таким образом обеспечение единства названых ранее процессов осуществляется благодаря поддержанию на некотором заданном уровне электрических режимов. Нормальный режим работы электроэнергетической системы способствует повышению эффективности производства, надежности электроснабжения потребителей, надежности работы Единой энергетической системы страны.

Для поддержания нормального установившегося режима необходимо соблюдение баланса мощности в любой момент времени, для выполнения данного условия в каждой энергосистеме должен существовать не только резерв мощности, но и электропередачи рассчитанные (способные) на передачу этой мощности.

Рис. 1. Прогноз спроса на электрическую энергию по ОЭС Сибири на период до 2024 года

Итак, обратимся к схеме выдачи мощности СШ ГЭС (рис. 2). Установленная мощность данной станции составляет 6400 МВт, но использовать весь потенциал генерируемой энергии невозможно, так как у данной станции существуют значительные системные ограничения какие именно рассмотрим далее в статье.

Рис. 2. Схема выдачи мощности Саяно-Шушенской ГЭС

На сегодняшней день можно выделить следующие системные ограничения:

1. Ограничения по токовой загрузке линий электропередач связаны с длительно допустимым по нагреву током.
2. Ограничения по статической устойчивости
3. Ограничения по динамической устойчивости

В проводимом исследовании рассматривались только токовые ограничения и статическая устойсивочвость линий электропередач, входящих в схему выдачи мощности СШ-ГЭС.

Следовательно, для исследования данного вопроса было принято решение использовать програмновычислительный комплекс RastrWin. Данный ПК предназначен для решения ряда задач расчета, анализа и оптимизации режимов электрических сетей и систем. RastrWin получил широкое распространение.

Прежде чем приступить к расчетам предельных режимов необходимо составить схему замещения исследуемой части энергосистемы. Полная расчетная модель сети содержит 581 узел и 863 ветви. В данной модели наиболее полно представлены такие энергосистемы как Красноярская, Хакасская, Новосибирская, Кузбасская, частично отображены Томская, Иркутская, Алтайская и еще ряд энергосистем. На рисунке 3 представлен фрагмент рассматриваемой сети.

Рис. 3. Часть расчетной модели (схема выдачи мощности СШ ГЭС)

Расчет ограничивается нахождением пределов по апериодической статической устойчивости без учета колебательной, так как предполагается, что отсутствие самораскачивания обеспечено соответствующей настройкой автоматических регуляторов. Поиск предельных по устойчивости режимов осуществляется методом утяжеления. Суть метода состоит в последовательном малом приращении параметров режима от заведомо устойчивого до предельного по устойчивости. Нарушение апериодической устойчивости определяется по смене знака свободного члена характеристического уравнения [4]. В ПК RastrWin критерием нахождения предельного режима является сходимость расчета режима [3].

Траектория утяжеления исходного режима представляет собой увеличение генерации СШГЭС и приема избытков мощности в энергосистемы Красноярска, Новосибирска и Казахстана.

Расчеты проводились для режимов максимального летнего и зимнего потребления на перспективу 2022 и 2027 расчетные годы. Результаты расчетов представлены в таблице 1.

Таблица 1

Результаты расчетов допустимых перетоков мощности всечении схема выдачи мощности Саяно-Шушенской ГЭС

Нормальная схема		Нормативные возмущения
		Откл. ВЛ СШ ГЭС— ПС Новокузнецкая 1ц.		Откл. ВЛ СШ ГЭС— ПС Новокузнецкая 2ц.		Откл. ВЛ СШ ГЭС— ПС Означенное 1ц.		Откл. ВЛ СШ ГЭС— ПС Означенное 2ц.
Pпр	Рпр·0,8	Pпр(I)	Рпр·0,92	Pпр(I)	Рпр·0,92	Pпр(I)	Рпр·0,92	Pпр(I)	Рпр·0,92
Зима max 2022г.
6069	4855,2	5637	5456,5	5637	5456,5	3337	5543,9	3337	5543,9
Лето max 2022г.
5756	4604,8	-	4589,9	-	4589,9	3973	5049,9	3973	5053,6
Зима max 2027г.
5858	4678,4	5537	5267,9	5537	5267,0	3237	5337,8	2681	5341,5
Лето max 2027г.
5601	4480,8	-	4593,6	-	4596,3	3773	4956,0	2709	4957,9

Анализируя полученные результаты, можно сделать вывод, что при рассматриваемой нормальной схеме электропередачи для сечения СШ ГЭС характерно ограничение по статической устойчивости. При возникновении нормативных возмущений, то есть в послеаварийной схеме сети ограничения наступают по причине недопустимой токовой нагрузки 2х цепной ВЛ СШГЭС — ПС Означенное.

В связи с названными ограничениями возможности крупнейшей в стране станции Саяно-Шушенской ГЭС в полной мере не реализуются — отсюда, как следствие, значительная недовыработка электроэнергии, и как результат, запертая мощность порядка 2000 МВт. Для уменьшения, либо полного устранения части названных ограничений необходимо развитие и усиление прилегающей к станции сети 500 кВ. Возможные мероприятия по повышению устойчивости — это строительство и ввод в работу новых линий либо установка управляемых/неуправляемых устройств продольной компенсации на существующих ВЛ рассматриваемого сечения СВМ СШГЭС [5].

Литература:

1. Веников В. А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах: учебник для электроэнергетич. специальностей вузов. — 3-е изд., перераб. и доп. М.: «Высшая школа», 1978. — 415 с.: ил.
2. Методические указания по устойчивости энергосистем. — М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2008.
3. Руководство пользователя RastrWin.
4. Меркурьев Г. В., Шаргин Ю. М. Устойчивость энергосистем. Расчеты — СПб.: НОУ «Центр подготовки кадров энергетики», 2008. — 376 с.
5. Пузырев Е. В. Выдача мощности Саяно-Шушенской ГЭС в условиях развития прилегающей сети 500 кВ // Технические науки — от теории к практике: сб. ст. по матер. VIII междунар. науч.-практ. конф. — Новосибирск: СибАК, 2012.