МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ» Кафедра инфокоммуникационных технологий и систем связи (№25) (наименование) ОТЧЁТ ПО ПРАКТИКЕ ЗАЩИЩЁН С ОЦЕНКОЙ РУКОВОДИТЕЛЬ доцент, к.т.н., доцент должность, уч. степень, звание 28.01.2023 Н.В. Марковская подпись, дата инициалы, фамилия ОТЧЁТ ПО ПРАКТИКЕ вид практики производственная тип практики научно-исследовательская работа на тему индивидуального задания Разработка решений для бесперебойного энергоснабжения потребителей с использованием малой генерации выполнен Курышевым Игорем Андреевичем фамилия, имя, отчество обучающегося в творительном падеже по направлению подготовки 11.04.02 Инфокоммуникационные технологии код наименование направления и системы связи наименование направления направленности 03 Оптические системы и сети связи код наименование направленности наименование направленности Обучающийся группы № Z2256M 28.01.2023 И.А. Курышев номер подпись, дата инициалы, фамилия Санкт–Петербург 2023 ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ на прохождение производственной практики обучающегося направления подготовки/ специальности 11.04.02 Инфокоммуникационные технологии и системы связи 1. Фамилия, имя, отчество обучающегося: Курышев Игорь Андреевич 2. Группа: Z2256M 3. Тема индивидуального задания: Разработка решений для бесперебойного энергоснабжения потребителей с использованием малой генерации 4. Исходные данные: Теоретическая часть исследований по теме НИР, подготовка соответствующей главы (электронные библиотечные системы https://e.lanbook.com/, https://znanium.com/, научная электронная библиотека https://www.elibrary.ru/defaultx.asp); результаты анализа состояния научно-технической проблемы (сайты Роспатента http://www.rupto.ru/, Европейского патентного ведомства https://worldwide.espacenet.com/, Всемирной организации интеллектуальной собственности http://www.wipo.int/classifications/en/index.html); Разработка решений для бесперебойного энергоснабжения потребителей с использованием малой генерации 5. Содержание отчетной документации: 5.1. индивидуальное задание; 5.2. отчёт, включающий в себя: титульный лист; материалы о выполнении индивидуального задания (содержание определяется кафедрой); выводы по результатам практики; список использованных источников. 5.3. отзыв руководителя от профильной организации (при прохождении практики в профильной организации). 6. Срок представления отчета на кафедру: «28» января 2023 г. Руководитель практики доцент, к.т.н., доцент должность, уч. степень, звание Н.В. Марковская подпись, дата инициалы, фамилия СОГЛАСОВАНО ______________________ должность подпись, дата инициалы, фамилия Задание принял к исполнению: Обучающийся __И.А Курышев__ дата подпись инициалы, фамилия Санкт–Петербург 2023 2 Содержание ВВЕДЕНИЕ............................................................................................................. 4 1 Устойчивость режимов электроэнергетических систем. Общие положения ............................................................................................................... 6 1.1 Основные понятия общей теории устойчивости ...................................... 6 1.2 Устойчивость по Ляпунову ........................................................................... 7 1.3 Основные понятия теории устойчивости режимов электроэнергетических систем ........................................................................... 7 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ................................................................................. 10 3 ВВЕДЕНИЕ Любая система создается для получения полезных, так называемых, системных эффектов, которые заключаются в появлении у системы положительных свойств, отсутствующих у ее элементов, или повышении качества имеющихся свойств. Соответственно и развитие систем предполагает наращивание системных эффектов. В частности, на практике, широко применяется принцип не ухудшения свойств существующей системы при присоединении к ней дополнительных потребителей энергии или ее источников, в т.ч. числе объектов с малой генерацией. Применительно к современным электроэнергетическим системам, особенно с распределенной генерацией, правильнее говорить даже не о системе, а о системе систем, т.к. они состоят из множества подсистем разного уровня, способных сохранять свою функциональность даже при изолированной работе. Широкомасштабное развитие энергетики на возобновляемых источниках приводит к массовому применению инверторов (преобразователей постоянного тока в переменный) для создания автономных систем электроснабжения на переменном токе, а также включения источников постоянного тока через преобразователи (электронной генерации) в существующие сети переменного тока централизованных систем электроснабжения. Бесспорный положительный экологический эффект от использования возобновляемых источников энергии сопровождается множеством потенциально негативных технических последствий от их применения, обусловленных принципиальными особенностями преобразования постоянного тока в переменный в инверторах. Последствия для электрических сетей от недостаточно проработанного включения в сети большого количества мощных инверторов заключается в снижении качества электроэнергии, надежности электроснабжения, связанном, как с отключениями инверторов, так и потребителей, нарушениями в работе средств релейной защиты и автоматики. При этом, основным побуждающим фактором включения инверторов в сети является повышение эффективности использования генерации на возобновляемых источниках энергии. Современный тренд развития электрических сетей и электроэнергетических систем, как открытых систем (Интернета энергии (IoE)) с множеством активных элементов, включая распределенную генерацию [1, 2], усиливает акцент на применении децентрализованных 4 систем технологического управления и глобальных открытых систем для осуществления коммерческого управления. Целью настоящей работы является исследование влияния распределенной малой генерации, в т.ч. электронной на устойчивость режимов электроэнергетических систем разного уровня (от Micro- до Macrogrid), как основы надежности электроснабжения потребителей в широком плане, начиная от моделирования этого влияния, анализа используемых критериев устойчивости и заканчивая рекомендациями по снижению их негативного влияния, а также исследование влияния распределенной малой генерации на моделирование и управление установившимися режимами электрических сетей с энергетическими ячейками на базе малой генерации. Массовое развитие РМГ в распределительных сетях, как правило, не имеющих централизованного диспетчерского управления из-за значительного усложнения системы управления и невозможности в силу отсутствия (в том числе по причине экономической нецелесообразности) наблюдаемости режимов, обусловливает необходимость создания на их основе качественно новых энергосистем, так называемых, Smartgrid. Основой управления режимами в централизованной системе, является центр управления, в котором с учетом обобщенных требований определяются режимы работы объектов управления, часто в условиях их плохой наблюдаемости, особенно, в распределительных электрических сетях, однако, система централизованного управления плохо приспособлена к работе в режиме реального времени, неготова к осуществлению управления режимами множества новых активных объектов с собственной генерацией. В тоже время, в различных районах масштабно развиваются генерирующие источники малой мощности, как топливные, так и возобновляемые. Степень разработанности темы исследования. Особенности использования распределенных источников электроэнергии малой мощности с точки зрения их влияния на системные свойства централизованной энергосистемы, управления их режимами изучены недостаточно, что приводит к потере эффективности использования распределенной генерации, риску возникновения нарушений нормального режима во всей энергосистеме. Объект исследования. Электрические сети с синхронной и несинхронной (электронной) распределенной малой генерацией. Предмет исследования. Влияние распределенной малой генерации на устойчивость ЭЭС, пропускную способность электрической сети, надежность электроснабжения, способы управления объектами малой генерации. 5 1 Устойчивость режимов электроэнергетических систем. Общие положения Устойчивость режимов электроэнергетических систем в части своего понятийного и математического аппаратов базируется на общей теории устойчивости: Устойчивость - способность системы сохранять текущее состояние при внешних воздействиях. Если текущее состояние при этом не сохраняется, то такое состояние называется неустойчивым. В математике устойчивость характеризуется реакцией на малое возмущение системы, находящейся в механическом равновесии. Различают асимптотическую устойчивость, устойчивость по Ляпунову, экспоненциальную устойчивость, асимптотическую устойчивость в целом и др. 1.1 Основные понятия общей теории устойчивости Предположим, что некоторое явление описывается системой n дифференциальных уравнений 𝑑𝑥𝑖 = 𝑓𝑖 (𝑡, 𝑥1 , 𝑥2 , … , 𝑥𝑖 ), 𝑖 = ̅̅̅̅̅ 1, 𝑛 (1.1) 𝑑𝑡 с начальными условиями 𝑥𝑖 (𝑡0 ) = 𝑥𝑖0 , 𝑖 = ̅̅̅̅̅ 1, 𝑛 (1.2) Будем считать, что функции 𝑓𝑖 (𝑡, 𝑥1 , 𝑥2 , … , 𝑥𝑖 ) определены и непрерывны вместе со своими частными производными на множестве 𝑡 [𝑡0 , ), 𝑥 . Далее без ограничения общности полагаем, что начальный момент равен нулю: 𝑡0 = 0. Систему дифференциальных уравнений удобнее записать в векторной форме: 𝑋 𝐹(𝑡, 𝑋 ), где 𝑋 (𝑥1 , 𝑥2 , … , 𝑥𝑛 ), 𝐹 (𝑓1 , 𝑓2 , … , 𝑓𝑛 ) (1.3) В реальных системах начальные условия задаются с определенной точностью, поэтому возникает естественный вопрос: как малые изменения начальных условий влияют на поведение решения при больших временах - в предельном случае при t . Если траектория движения системы мало изменяется при малых возмущениях начального положения, то говорят, что движение системы является устойчивым. Строгое определение устойчивости в терминах ε - δ - нотации было предложено в 1892 году русским математиком А. М. Ляпуновым (1857 - 1918). 6 Рассмотрим более подробно понятие устойчивости, введенное Ляпуновым. 1.2 Устойчивость по Ляпунову Решение (t) системы дифференциальных уравнений X F(t, X ) с начальными условиями X(0) = X0 устойчиво (в смысле Ляпунова), если для любого ε > 0 найдется число δ = δ(ε) > 0, такое, что если ∥X(0) − φ(0)∥ < δ, то ∥X(t) − φ(t)∥ < ε для всех значений t ≥ 0. В противном случае решение φ(t) называется неустойчивым. В качестве нормы для измерения расстояния между точками можно использовать, например, эвклидову метрику ∥xe∥ или метрику Манхеттена ∥xm∥: ∥ 𝑥𝑒 ∥= √∑𝑛𝑖=1 |𝑥𝑖 |2 , ∥ 𝑥𝑚 ∥= ∑𝑛𝑖=1 |𝑥𝑖 | (1.4) В случае n = 2 устойчивость по Ляпунову означает, что любая траектория X(t), которая начинается в δ(ε) - окрестности точки φ(0), остается внутри трубки с максимальным радиусом ε при всех t ≥ 0. Общая теория устойчивости, помимо устойчивости в смысле Ляпунова, содержит также много других концепций и определений устойчивого движения. 1.3 Основные понятия теории устойчивости режимов электроэнергетических систем При исследовании устойчивости режимов ЭЭС принято использовать следующую классификацию видов устойчивости, исходя из характера процессов при ее нарушении и воздействий, вызывающих эти нарушения: • Статическая устойчивость режима ЭЭС; • Статическая апериодическая устойчивость режима ЭЭС; • Статическая колебательная устойчивость режима ЭЭС; • Динамическая устойчивость режима ЭЭС; • Результирующая устойчивость режима ЭЭС. Нарушения устойчивости режима ЭЭС могут носить глобальный или локальный характер, затрагивать разные аспекты режима (синхронность 7 параллельной работы генераторов и синхронных электродвигателей, устойчивость работы асинхронных электродвигателей, устойчивость частоты, устойчивость напряжения). Нарушения устойчивости делятся на первичные и вторичные. Так, например, нарушение устойчивости параллельной работы генераторов в ЭЭС (первичное нарушение), может вызывать нарушение устойчивости частоты, устойчивости напряжения, устойчивости нагрузки в ЭЭС (вторичные нарушения). В таблице 1.1 представлены критерии устойчивости, используемые при проектировании ЭЭС и планировании их режимов. Таблица 1.1 - Критерии устойчивости, используемые при проектировании ЭЭС и планировании их режимов № Вид устойчивости режима ЭЭС Критерий устойчивости Статическая устойчивость Проверка левой расположенности 1 режима ЭЭС корней по разным критериям Статическая апериодическая an/a0 > 0 по расходимости решения 2 устойчивость режима ЭЭС УУР в процессе утяжеления режима Статическая колебательная Проверка левой расположенности 3 устойчивость режима ЭЭС корней по разным критериям Динамическая устойчивость По затуханию переходного процесса 4 режима ЭЭС без нарушений синхронизма Результирующая устойчивость По затуханию переходного процесса 5 режима ЭЭС с восстановлением синхронизма Режим ЭЭС считается статически устойчивым, если он сохраняется при малых возмущениях. Режим ЭЭС считается статически апериодически устойчивым, если при малых возмущениях не наступает апериодического увеличения отклонений его параметров от исходного состояния. Режим ЭЭС считается статически колебательно устойчивым, если при малых возмущениях не наступает увеличения отклонений его параметров от исходного состояния в колебательном процессе. Режим ЭЭС считается динамически устойчивым, если после больших возмущений в ЭЭС восстанавливается исходный или близкий к нему режим и, при этом, в переходном процессе не возникает нарушений устойчивости. Режим ЭЭС считается результирующе устойчивым, если после 8 больших возмущений в ЭЭС восстанавливается исходный или близкий к нему режим и, при этом, в переходном процессе возникали нарушения устойчивости. Устойчивость режима ЭЭС является одной из основ надежности энергосистем и электроснабжения потребителей. Она определяет устойчивоспособность ЭЭС, как важнейшей составляющей комплексного свойства надежности ЭЭС. Устойчивоспособность ЭЭС обобщенно характеризует способность ЭЭС противостоять возмущениям без нарушения электроснабжения потребителей. Показателями устойчивоспособности являются запасы статической и динамической устойчивости, определяемые нормативным образом. 9 1. 2. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Дмитрий Холкин., Игорь Чаусов., Илья Бурдин. Архитектура Интернета энергии (Internet of Distributed Energy Architecture) White Paper 2018 Подготовлено Центром Развития Цифровой Энергетики в рамках мероприятий «Энерджинет» Национальной Технологической Инициативы. 2018. – c 47.; Н.И. Воропай, А.В. Кейко, Б.Г. Санеев, С.М. Сендеров, В.А. Стенников. Тенденции развития централизованной и распределенной энергетики, Ж.Энергия: экономика, техника, экология, 2005, № 7. УДК 621.311.1.; 10
