Резервы мощности в электроэнергетических системах - Введение

В течение последних лет в ряде зарубежных объединений (США, 1977; Франция, 1978; Бельгия; Канада, 1982; Швеция, 1983) произошли крупные системные аварии, связанные с нарушением электроснабжения большого числа потребителей (от 25 до 100%). Упомянутые объединенные электроэнергетические системы (ЭЭС) характеризуются высокой концентрацией нагрузок, разветвленными электрическими сетями большой пропускной способности, относительно равномерным территориальным распределением нагрузки и генерации. Эти специфические особенности [1] определяют высокий уровень структурной надежности (СН). Однако наличие аварий свидетельствует о недостаточной надежности энергосистем в более широком понимании.
Анализ развития системных аварий показывает, что последние сопровождаются, как правило, расширением зоны отказа (например, отказ выключателя в отключении возникшего короткого замыкания (КЗ) с последующим действием автоматики по резервированию отказов выключателей и нарушением устойчивости).
Начальные отказы в основном обусловливаются внешними явлениями (КЗ и грозовые повреждения на линиях и подстанциях, ослабление сети из-за ремонтных работ, неудовлетворительные балансы активной и реактивной мощности), а также неправильными действиями и отказами средств релейной защиты и автоматики. Таким образом, при анализе надежности объединенных энергосистем на первый план выдвигаются электрические свойства ЭЭС, которые не могут быть описаны методами СН. Они описываются методами функциональной надежности (ФИ).
Условное подразделение надежности на структурную и функциональную определяется как предметом анализа, так и различиями используемых математических методов. При расчете показателей структурной надежности (ПСН) применяются, как правило, логико-вероятностные методы, а при расчете показателей функциональной надежности (ПФН)—аналитические методы решения систем алгебраических и дифференциальных уравнений, описывающих электрические свойства ЭЭС.
При расчетах ПСН ЭЭС рассматривается как обобщенная  и сложная система, где выделяются источник питания (ИП) и              (шины потребителя). В качестве отказа рассматривается
ситуация, связанная с нарушением питания потребителей энергии при отказе некоторой совокупности элементов ЭЭС. При этом отказа не будет, если существует хотя бы один путь от ИП к рассматриваемому узлу (допущение о бесконечной пропускной способности связей). Отсюда СН отражает надежность топологии схемы ЭЭС, поэтому часто ее называют схемной надежностью [2]. Понятие структуры более широкое. Дополнительно к топологии следует отнести и технический состав элементов, (подразделение ЭЭС по уровням напряжений, различие по величине генерирующей и трансформаторной мощности и др.). Поэтому использование термина «схемная надежность» более соответствует содержанию рассматриваемого класса задач надежности. В то же время термин «структурная надежность» нашел применение в проектировании и эксплуатации ЭЭС, поскольку он отражает общность связи с другими сложными системами (техническими, экономическими, информационными и др.).
ФН отражает специфические свойства ЭЭС, отличающие ее от других сложных систем. Здесь следует выделить такие электрические свойства, как соблюдение первого и второго законов Кирхгофа, наличие баланса генерируемой и потребляемой электрической энергии, существование зон статической и динамической устойчивости, возможность регулирования электрических процессов. Эти свойства описываются понятиями безотказности, устойчиво способности, режимной управляемости. Электрическими свойствами определяются также живучесть и безопасность ЭЭС.
Широкий спектр электрических свойств ЭЭС делает практически неразрешимой задачу оценки ФН в рамках единого понятия. Научные исследования развиваются в таких относительно самостоятельных и мало связанных направлениях, как анализ установившихся режимов, переходные процессы, статическая и динамическая устойчивость, релейная защита и автоматика, планирование развития энергосистем и др. В рамках указанных направлений изучаются и соответствующие понятия ФН.
В предлагаемом учебном пособии рассматриваются следующие частные задачи опенки ФН ЭЭС: влияние резерва мощности в ЭЭС на ее функционирование и частичная оценка режимной надежности ЭЭС. Именно эти проблемы являются основополагающими в теории надежности ЭЭС и требуют более глубокого усвоения.