Каскадные аварии в энергосистемах, их предотвращение и восстановление работоспособности энергосистем. Предотвращение крупномасштабного веерного отключения электроснабжения в крупных городах мегаполисах

Подождите немного. Документ загружается.

21C7C2C1.doc

Каскадные аварии в энергосистемах, их предотвраще-

ние и восстановление работоспособности энергосистем

Предотвращение крупномасштабного веерного

отключения электроснабжения в крупных городах-

мегаполисах

Международная рабочая группа № 1

Руководство по применению

Первая редакция

§ Характерные особенности крупных элек-

троэнергетических сетей

§ Процедуры и определения

§ Обзор длительных отключений электро-

энергии, имевших место в прошлом

§ Анализ основных причин отключения

электроснабжения

§ Меры противодействия § Процесс восстановления работоспособ-

ности энергосистем

§ Организационные вопросы и Электросете-

вые кодексы

§ Крупные города-мегаполисы

27 октября 2006 года

21C7C2C1.doc

РГ-1 Руководство по применению

1. Основные положения ....................................................................................................1

1.1. Мероприятия, проведенные в 2004-2005 гг. ...........................................................2

1.2. Мероприятия, проведенные в 2005-2006 гг.............................................................2

2. Общий обзор ................................................................................................................6

2.1. История проблемы ...................................................................................................6

2.2. Цели и мероприятия ................................................................................................6

2.3. Участники ................................................................................................................7

2.3.1. Период 2004 – 2005 гг. ....................................................................................7

2.3.2. Период 2005 – 2006 гг. ....................................................................................7

3. Функциональные состояния электроэнергетической системы и процесс

перехода от одного состояния к другому ........................................................................8

3.1. Функциональные состояния электроэнергетической системы ........................8

3.2. Сфера деятельности каждой из рабочих групп ...................................................9

4. Вопросы стабильности электроэнергетических систем, связанные с

каскадными аварийными ситуациями ..........................................................................11

4.1. Устойчивость электроэнергетической системы ........................................11

4.2. Устойчивость угла выбега ротора ......................................................................12

4.3. Устойчивость частоты .......................................................................................12

4.4. Устойчивость напряжения (краткосрочная и долгосрочная)..........................13

4.5. Термические перегрузки .........................................................................................13

5. Результаты исследования ......................................................................................14

5.1. Характерные особенности крупных электроэнергетических ..............................

сетей .................................................................................................................14

5.2. Принципы планирования и эксплуатации электроэнергетических систем ..15

5.2.1. Определение и критерии планирования и эксплуатации

электроэнергетических систем .............................................................................15

5.2.2. Прогнозируемый график нагрузки ..............................................................16

5.2.3. Принятые критерии безопасности ..........................................................16

5.3. Обзор каскадных отключений электроэнергии, имевших место в прошлом ..21

5.3.1. Франция, декабрь 1978 года ........................................................................21

5.3.2. Великобритания, август 1981 года ............................................................22

21C7C2C1.doc

5.3.3. Франция, январь 1987 года ..........................................................................22

5.3.4. Токио, июль 1987 года ..................................................................................22

5.3.5. США (западная часть), июль и август 1996 года .....................................23

5.3.6. Межсистемные линии электропередач северо-востока США и Канады,

август 2003 года ........................................................................................................24

5.3.7. Лондон, 28 августа 2003 года ......................................................................25

5.3.8. Италия, 28 сентября 2003 года .................................................................26

5.3.9. Южная часть Швеции и восточная часть Дании, 23 сентября 2003

года ........................................................................................................................27

5.3.10. ............................................................................Москва, 24-25 мая 2005 года

5.3.11. Бразилия, 11 марта 1999 года .....................................................................31

5.3.12. Бразилия, 21 января 2002 года .....................................................................31

5.4. Общие причины недавних каскадных отключений электроэнергии.................32

5.5. Механизм возникновения каскадного отключения электроэнергии .................33

5.6. Перечень актуальных и наиболее частых проблем, возникающих в

электроэнергетических системах вследствие изменений в межсистемных

потоках мощности ...............................................................................................35

5.7. Применяемые меры противодействия ...............................................................38

5.7.1. Перечень технологий, применяемых в качестве мер противодействия

(за и против) .............................................................................................................43

5.7.2. Мониторинг безопасности ........................................................................48

5.7.3. Средства превентивного контроля ...........................................................52

5.7.4. Аварийное управление .................................................................................57

5.8. Существующий процесс восстановления ............................................................65

5.8.1. Введение ........................................................................................................65

5.8.2. Причины отключения электроэнергии......................................................67

5.8.3. Тревожная сигнализация систем управления ..........................................67

5.8.4. Определение состояния временного прекращения энергоснабжения и

его выявление .............................................................................................................68

5.8.5. Процесс восстановления. Основная схема действий ..............................69

5.8.6. Пуск из полностью обесточенного состояния и сброс нагрузки .........72

21C7C2C1.doc

III

5.8.7. Определение состояния [некоторые важные аспекты……….……………… 78

5.8.8. Подготовка к работе системы линий электропередачи .......................78

5.8.9. Расширение сети .........................................................................................80

5.8.10. Восстановление системы линий электропередачи .................................85

5.8.11. Подготовка операторов и испытания .....................................................84

5.8.12. Средства связи ............................................................................................85

5.9. Разрабатываемые меры противодействия...........................................................89

5.10. Другие вопросы...................................................................................................91

5.10.1. Организационные меры................................................................................95

5.10.2. Требования электросетевого кодекса.........................................................95

5.10.3. Другие мероприятия ....................................................................................97

6. Заключение.................................................................................................................98

6.1. Обобщенные результаты исследования................................................................98

6.1.1. Существующие меры противодействия и их основные результаты ..98

6.1.2. Темы перспективных исследований ..........................................................99

6.2. Рекомендации ........................................................................................................100

A.1. Приложение 1 – Предотвращение крупномасштабных отключений

электроэнергии в крупных кородах-метрополиях .....................................................102

A.1.1. Цель исследования ..........................................................................................102

A.1.2. УчастникиРГ-1, внесшие вклад в разработку Приложения 1 ..................102

A.1.3. Обзор событий, имевших место в прошлом .............................................102

A.1.3.1. Япония ..........................................................................................................98

A.1.3.2. Республика Корея .......................................................................................103

A.1.3.3. Великобритания ........................................................................................104

A.1.3.4. Бразилия .....................................................................................................104

A.1.3.5. Италия .......................................................................................................107

A.1.3.6. Общие причины...........................................................................................108

A.1.4. Меры противодействия ................................................................................110

A.1.4.1. Планирование энергосистемы...................................................................110

A.1.4.2. Эксплуатация энергосистемы ..................................................................119

A.1.5. Рекомендации...................................................................................................123

A.1.5.1. Планирование энергосистемы...................................................................123

A.1.5.2. Эксплуатация энергосистемы ..................................................................123

A.1.6. Заключение.......................................................................................................124

21C7C2C1.doc

1. Основные положения

Целью исследований, проводимых Рабочей группой № 1 операторов крупных

электроэнергетических сетей (РГ-1), является выявление наиболее общих причин не-

давних каскадных отключений электроэнергии, определение применяющихся превен-

тивных мер, а также новых технологий, которые необходимо разработать в будущем в

целях предотвращения каскадных аварий в энергосистемах.

Тщательный анализ недавно произошедших в мире каскадных отключений элек-

троэнергии позволил выделить одну из наиболее общих причин таких событий, которая

заключается в отмене государственного регулирования рынка электроэнергии, что сде-

лало указанный рынок исключительно высококонкурентным.

Освобожденные от государственного регулирования рынки электроэнергии, ко-

торые начали формироваться в различных странах, в значительной степени способст-

вовали изменению правил эксплуатации электроэнергетических систем. Компании,

производящие и распределяющие электроэнергию, в том числе новые организации, по-

пытались оптимизировать эксплуатационные издержки и затраты на производство

электроэнергии в целях сокращения общих расходов и получения более высокой при-

были.

Кроме того, в последние годы изменилось распределение потоков электроэнер-

гии между взаимосвязанными странами. В частности, это произошло в силу действия

коммерческих факторов, которые оказывают на интеграционные связи более заметное

воздействие, чем в прошлом.

Произошедшие изменения привели к формированию следующих критических

факторов нестабильности и риска:

§ Емкость и сложность электроэнергетических сетей.

§ Обмен мощностью между энергосистемами регионов.

§ Необходимость обработки информации.

§ Неопределённость условий эксплуатации электроэнергетических сетей.

§ Частая повторяемость неисправностей выступает в качестве провоцирующего

фактора для запуска механизма аварии.

Таким образом, существующие взаимосвязанные электроэнергетические сети

стали нести повышенную нагрузку, связанную с обеспечением контрактов на поставку

электроэнергии и способную в некоторых случаях превышать максимальную пропуск-

ную способность. Кроме того, операторы крупных электрических сетей неизбежно

сталкиваются с затруднениями при выборе мер реагирования в случае возникновения

нестандартных или неожиданных ситуаций.

Механизм возникновения каскадных аварийных отключений электроэнергии с

технической точки зрения может быть описан как последовательность следующих со-

бытий:

1) возникновение провоцирующего фактора для запуска механизма аварии (внепла-

новое отключение электроэнергии, неожиданное повышение уровня нагрузки и

т.д.);

21C7C2C1.doc

2) задержка в первоначальном реагировании (овладение ситуацией, принятие смяг-

чающих мер и т.п.);

3) возникновение каскадных аварийных ситуаций (каскадные отключения электро-

энергии, обвал напряжения, качание мощности, рассогласование, падение частоты

и.т.д.);

4) принятие защитных мер (отключение соответствующих мощностей при помощи

защитных реле).

1.1. Мероприятия, проведенные в 2004-2005 гг.

Основное внимание РГ-1 в ходе анализа мер противодействия, предпринимае-

мых в международном масштабе, было решено сосредоточить на трех аспектах: мони-

торинге проблем безопасности, профилактическом контроле и аварийном управлении,

так как очевидно, что с разливом реки необходимо бороться выше по течению с тем,

чтобы избежать распространения наводнения вниз по течению.

Кроме того, РГ-1 предприняла попытку классифицировать указанные мероприя-

тия по четырем категориям устойчивости, а именно: “Угловая устойчивость энергети-

ческой системы при малых возмущениях”, “Устойчивость в переходном режиме”, “Ус-

тойчивость частоты и устойчивость напряжения”, а также “Устойчивость при перегре-

ве”.

Выяснилось, что для мониторинга проблем безопасности, превентивного кон-

троля и аварийного управления использовались разнообразные автоматические систе-

мы, как централизованные, так и децентрализованные. Ниже приведено преимущест-

венное применение систем одного из указанных видов (централизованных или децен-

трализованных) в каждой категории:

§ Мониторинг: Большинство систем - централизованные.

§ Превентивный контроль: Равное количество систем обоих видов.

§ Аварийное управление: Преобладают децентрализованные системы.

Каждый оператор крупной электрической сети сможет выбрать в “Перечне, со-

ставленном на основании передового опыта” и использовать наиболее подходящую для

него систему.

Рекомендации для выбора тематики будущих научных исследований включают

только “Мониторинг” и “Превентивный контроль”, как это показано ниже, тогда как

“Аварийное управление“ относится к чрезвычайным мероприятиям, и необходимость в

нем не была выявлена в ходе нашего исследования, за исключением тех случаев, когда

требуется согласование во времени с защитными реле аппаратуры.

Совершенствование процесса мониторинга:

§ “Динамическая оценка в реальном масштабе времени”.

§ “Мониторинг устойчивости в реальном масштабе времени”.

§ “Система проведения измерений в большом районе”.

§ “Мониторинг функционирования генератора”.

Совершенствование процесса превентивного контроля:

21C7C2C1.doc

§ “Система индикации коррекционных мероприятий на основе анализа не-

предвиденных обстоятельств в реальном масштабе времени”.

В ходе проведения научных исследований необходимо также учитывать сле-

дующие аспекты:

§ использование новейших информационных технологий, соответствующих

современным требованиям, в том числе применение глобальной системы на-

вигации и определения местоположения;

§ применение методики параллельного вычисления;

§ использование современных средств системного анализа;

§ стандартизация архитектуры системы программного обеспечения.

Так как указанная выше тематика будущих научных исследований согласуется с

основными разделами плана мероприятий рабочих групп РГ-2 и РГ-3 (которые плани-

руется объединить) на 2006 год, РГ-1 предпочла передать им задачи, касающиеся сис-

тем управления чрезвычайными ситуациями, в том числе проведение совместных ис-

следований и стандартизацию архитектуры системы программного обеспечения.

1.2. Мероприятия, проведенные в 2005-2006 гг.

В 2006 году РГ-1 основное внимание уделила разработке “Комплексного плана

исследований” (своего рода “Руководства по применению”) в области предотвращения

каскадных аварийных отключений электроэнергии.

В целях подготовки данного документа РГ-1 на основе предложений, согласо-

ванных в Пекине в октябре 2005 года, предприняла перечисленные ниже меры. Их

краткое изложение выглядит следующим образом:

1. Завершение текущего исследования с добавлением вклада, внесенного новы-

ми участниками рабочей группы; критериев и порядка применения процедур

восстановления работоспособности систем; а также новых аспектов, таких

как порядок предотвращения отключения электроэнергии в крупных горо-

дах-метрополиях и требования Электросетевого кодекса.

2. Разработка “Комплексного плана исследований” и документа с изложением

позиции РГ-1 по вопросу полномочий операторов энергосистем, а также обя-

занностей соответствующих организаций, функционирующих на рынке элек-

троэнергии.

Ниже приведено краткое описание основных аспектов проведенных мероприя-

тий, в котором разъясняются главные цели исследования и общие выводы, полученные

в результате его осуществления.

Процесс восстановления работоспособности системы

В качестве нового аспекта исследования РГ-1 решила изучить процессы восста-

новления работоспособности систем, используемые различными операторами сетей

электропередачи. РГ-1 провела новое исследование, направленное на:

§ сравнительный анализ различных вариантов возможных методик восстановле-

ния работоспособности электроэнергетических систем;

§ выдвижение предложений, касающихся согласования различных определений;

21C7C2C1.doc

§ предложение возможных рекомендаций по восстановлению работоспособности

электроэнергетических систем.

В результате анализа опросных листов были выявлены основные подходы к

проведению процесса восстановления работоспособности систем, используемые неко-

торыми операторами распределительных сетей (восстановление, демонтаж и их комби-

нация), а также процедуры, применяемые для своевременного и безопасного восста-

новления систем. Ниже приведена обобщенная схема процесса восстановления систе-

мы, при составлении которой предпринята попытка описания мер, обычно предприни-

маемых операторами сетей электропередачи – респондентами опросных листов.

А. Восстановление электроэнергетической системы:

§ диагностика причин аварийного отключения электроэнергии;

§ определение состояния системы;

§ подготовка системы;

§ расширение системы;

§ восстановление системы.

Б. Восстановление объёма потребления электроэнергии:

Анализ имевших место в прошлом крупномасштабных сбоев в электроснабже-

нии, проведенный при рассмотрении различных этапов процесса восстановления элек-

троэнергетической системы, показал, что каждый из них характеризовался собствен-

ными показателями критичности, и во всех случаях операторы систем играли ключе-

вую роль в восстановлении работоспособности электроэнергетической системы.

Предотвращение крупномасштабных отключений электроэнергии в крупных го-

родах-метрополиях

Энергосистемы, управляемые операторами крупных электрических сетей, обес-

печивают электроэнергией значительное количество крупных городов-метрополий, при

этом ее поставка осуществляется из комплексных сетей и сопровождается увеличенной

нагрузкой. В этой связи и вследствие того, что города-метрополии являются центрами

политической и экономической жизни, поддержание стабильности и безопасности

электроснабжения, а также предотвращение отключений электроэнергии в этих рай-

онах так же важно, как и во всей электроэнергетической системе.

В 2006 году РГ-1 опубликовала второй отчет о проведенных исследованиях в

данной области, в котором, в частности, были определены:

§ общие причины имевших место в прошлом крупномасштабных сбоев в электро-

снабжении крупных городов-метрополий;

§ передовой опыт планирования и/или эксплуатации электроэнергетических сис-

тем с учетом необходимости предотвращения случаев аварийного отключения

электроэнергии.

Имевшие место в прошлом крупномасштабные отключения электроэнергии раз-

несены по категориям “Каскадного типа" и “Некаскадного типа". На основании прове-

денного исследования сделаны следующие выводы:

§ все имевшие место случаи были вызваны комплексом непредвиденных обстоя-

тельств;

§ некоторые случаи были тесно связаны с "человеческим фактором";

§ при возникновении каскадного случая отключение электроэнергии распростра-

нялось по нескольким городам-метрополиям.

21C7C2C1.doc

В отчете о проведенном исследовании перечислены превентивные меры, пред-

принимаемые в области планирования и эксплуатации электроэнергетических систем и

направленные на предотвращение крупномасштабных сбоев в электроснабжении круп-

ных городов-метрополий. Указанные профилактические меры распределены на две ка-

тегории:

§ категория A: Меры, направленные на ограничение районов отключения электро-

энергии и падения частоты;

§ категория В: Меры, направленные на ускорение восстановления подачи элек-

троэнергии.

Требования Электросетевого кодекса

Процесс либерализации рынков привел к дроблению коммунальных предпри-

ятий и увеличению количества участников конкурентной борьбы в данной сфере. Элек-

тросетевые кодексы стали обязательными справочными документами, оказывающими

воздействие на все решения, принимаемые даже в ходе обычной повседневной дея-

тельности. Разделы Электросетевого кодекса, непосредственно касающиеся обеспече-

ния безопасности поставок электроэнергии, должны быть ориентированы на выполне-

ние следующих задач:

1. Формирование технической основы для выработки соглашений о сетевом со-

единении, а также обеспечение безопасности и стабильной производительности

электроэнергетической системы в ходе ее эксплуатации.

2. Установление основных правил, требований, процедур и стандартов, которые

регламентируют эксплуатацию, техническое обслуживание и развитие высоко-

вольтных систем электропередачи.

3. Определение и признание ответственности и обязательств для всех операторов,

которые играют функциональную роль в электроэнергетической системе, в це-

лях обеспечения безопасной, надежной и эффективной эксплуатации сети.

4. Установление правил проверки соответствия пользователей сети требованиям,

приведенным в Электросетевом кодексе.

РГ-1 сосредоточила внимание на изучении основных особенностей сетевых ко-

дексов, применяемых операторами крупных сетей электропередачи – респондентами

опросных листов, а также процессов, на основании которых опубликованы данные

справочные документы.

Документ, отражающий общие принципиальные подходы

Преобразование результатов исследования в окончательно оформленный доку-

мент, отражающий общие принципиальные подходы, оказалось делом более трудным,

чем ожидалось ранее, с учетом инициатив, осуществляемых параллельно в

Международном Совете по большим системам высокого напряжения (СИГРЭ). Вслед-

ствие этого настоящий документ предлагается в качестве первой редакции, которая бу-

дет подвергаться дальнейшим изменениям.

Документ с изложением позиции РГ-1

После недавних событий выяснилось, что особое внимание необходимо уделить

вопросу полномочий операторов энергосистем, а также обязанностей соответствующих

органов, функционирующих на рынке электроэнергии, в целях более эффективного

распределения задач, а также принятия адекватных и оперативных мер для решения

проблем, которые могут возникнуть в электросети.