Система адаптивной токовой защиты в электрических комплексах с распределенными электростанциями малой мощности
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследованияТрадиционная структура электроэнергетических систем такова, что электроэнергия вырабатывается на крупных генерирующих станциях, передается на большие расстояния, понижается до среднего или низкого уровней и распределяется к конечным потребителям. Несколько десятилетий такая структура энергетических систем оставалась неизменной. Однако, в последние годы повышается интерес к новым энергоэффективным технологиям производства электроэнергии.
В настоящее время во многих странах разработаны программы поддержки использования возобновляемых источников электроэнергии (ветровые, фотоэлектрические и др.). В России, например, это федеральный закон от 27.12.2019 N 471-ФЗ «О внесении изменений в Федеральный закон "Об электроэнергетике" в части развития микрогенерации» [23] и постановление от 11 декабря 2019 года №1145 «О стимулировании использования возобновляемых источников энергии [16]».
СОДЕРЖАНИЕ
АННОТАЦИЯ 5
ВВЕДЕНИЕ 6
1. АНАЛИЗ РАЗРАБОТОК В ОБЛАСТИ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОСЕТЕЙ С РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ГЕНЕРАЦИЕЙ В ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСАХ ПРЕДПРИЯТИЙ 11
1.1 Общая характеристика и структура электроэнергетических систем с распределенной генерацией 11
1.2 Типы источников распределенной генерации 13
1.2.1 Синхронный генератор 13
1.2.2 Асинхронный генератор 14
1.2.3 Источники распределенной генерации, подключенные через инвертер к электросети 15
1.3 Особенности работы электросетей в условиях эксплуатации разных 16
1.4 Влияние распределенной генерации на применяемые устройства защиты в электросетях 18
1.5 Короткие замыкания в распределительных сетях 19
1.6 Отключение токов короткого замыкания в энергосистеме 21
1.7 Требования к системам защиты 22
1.8 Выбор области исследований 24
1.9 Цели и задачи научно-квалификационной работы 26
1.10 Выводы по первой главе 27
2. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ В УСЛОВИЯХ ПОДКЛЮЧЕНИЯ К ЭНЕРГОСИСТЕМЕ РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ГЕНЕРАЦИИ 28
2.1 Анализ методик построения токовой защиты для традиционных электросетей 28
2.1.1 Максимальная токовая защита 29
2.1.2 Направленная защита 31
2.1.3 Дистанционная защита 32
2.1.4 Дифференциальная защита 34
2.1.5 Адаптивная защита 36
2.2 Исследование эффективности функционирования токовой защиты при подключении к энергосистеме 38
2.2.1 Снижение чувствительности защиты 39
2.2.2 Ложное срабатывание защиты 51
2.2.3 Неселективное срабатывание защиты 57
2.2.4 Автоматическое повторное включение 59
2.3 Выводы по второй главе 59
3. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ АДАПТИВНОЙ ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ 62
3.1 Разработка алгоритма, обеспечивающего селективность максимальной токовой защиты в условиях изменения структуры электросети. 62
3.2 Разработка алгоритма, определяющего взаимное сопротивление между точками в распределительной сети. 74
3.3 Разработка алгоритма адаптивной токовой защиты распределительной сети электротехнического комплекса. 78
3.4 Выводы по третьей главе 86
4. ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ 88
4.1 Моделирование работы распределительной сети 88
4.1.1 Имитация работы сети в автономном режиме 91
4.1.2 Режим параллельной работы с сетью 92
4.2 Описание структурных блоков релейной защиты в имитационной модели 94
4.3 Работа алгоритма без учета селективности защиты 98
4.4 Работа алгоритма адаптивной токовой защиты 103
4.5 Выводы по четвертой главе 110
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 112
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 114
ПРИЛОЖЕНИЯ 119
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Абрамович, Б.Н. Устройство защиты электрических сетей от однофазных замыканий на землю [Электронный ресурс] / Б.Н. Абрамович, Ю.Л. Жуковский, Д.Н. Пеленев. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=37388427 (дата обращения: 28.05.2022).
Беркович, М.А. Автоматика энергосистем: Учеб. для техникумов / М.А. Беркович, В.А. Гладышев, В.А. Семенов. – 3-е изд. – М.:
Энергоатомиздат, 1991. – 240 с.
Беляев, А.В. Защита, автоматика и управление на электростанциях малой энергетики (Часть 1) / А.В. Беляев. – 6-е изд. – М.: НТФ «Энергопрогресс», 2010. – 84 с.
Богдан, А. Адаптивная резервная токовая защита тупиковых линий с ответвлениями / А. Богдан, М. Клецель, К. Никитин // Электричество. – 1991. – Т. 2 – С. 51–55.
Вольдек, А.И. Электрические машины. Машины переменного тока: по направлению подгот. «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» и «Электроэнергетика» / А.И. Вольдек, В.А. И. – Издательский дом «Питер», 2008. – 350 с.
ГОСТ 28249-93 Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ, ГОСТ от 21 октября 1993 года №28249-93 [Электронный ресурс]. URL: http://docs.cntd.ru/ document/1200004630 (дата обращения: 25.05.2022).
ГОСТ IEC 60255-1-2014 Реле измерительные и защитное оборудование. Часть 1. Общие требования (с Поправкой), ГОСТ от 30 октября 2014 года №IEC 60255-1-2014 [Электронный ресурс]. URL: http://docs.cntd.ru/document/1200114178 (дата обращения: 25.05.2022).
Дьяков, А.Ф. Приоритеты расставлены / А.Ф. Дьяков // Электроэнергия. Передача и распределение. – 2010. – № №1 – С. 16–22.
Илюшин, П. Подходы к решению задач РЗА и ПА при подключении к электрической сети объектов распределенной генерации / П. Илюшин // Релейщик. – 2014. – № 4 – С. 52.
Миролюбова, Е. Тенденции генерирующего сектора энергетики / Е. Миролюбова // Электроэнергия. Передача и распределение. – 2010. – № №2(12) – С. 12–14.
На данный момент защита считается самым большим техническим барьером для широкого использования распределенной генерации.
Влияние распределенной генерации на системы защиты в сетях среднего напряжения, что приводит к:
− снижению чувствительности резервной токовой защиты;
− ложным срабатываниям защиты;
− двунаправленным потокам мощности;
− несинхронизированному автоматическому повторному включению; − запрету автоматического повторного включения.
Появление подобных недостатков зависит от характеристик источников распределенной генерации. Вклад в ток короткого замыкания от источника распределенной генерации сильно зависит от типа генератора