DOI: 10.18503/2311-8318-2016-3(32)-27-38
Аннотация
Развитие объектов распределенной генерации в промышленных системах электроснабжения приводит к усложнению возможных установившихся эксплуатационных и аварийных режимов. При аварийном или плановом отключении питающих линий или мощных трансформаторов собственных электростанций статическая устойчивость генераторов может снизиться по отношению к нормативным показателям. На основе модифицированного метода последовательного эквивалентирования и метода последовательного утяжеления разработан алгоритм анализа статической устойчивости промышленных генераторов при параллельной работе с энергосистемой. В качестве параметра утяжеления принимается угол ротора генератора. Данный алгоритм положен в основу программного комплекса расчета установившихся режимов и анализа статической устойчивости промышленных систем электроснабжения КАТРАН 9.0. На основе модифицированного метода последовательного эквивалентирования и метода последовательных интервалов разработан алгоритм расчета переходных процессов. Разработанные алгоритмы и программный комплекс позволяют прогнозировать послеаварийные установившиеся режимы, оценивать статическую и динамическую устойчивость промышленных генераторов и при необходимости разрабатывать соответствующие мероприятия. Приведен анализ статической и динамической устойчивости синхронных генераторов на примере системы электроснабжения действующего крупного промышленного предприятия. Замкнутая система электроснабжения содержит генераторы различной мощности и различной электрической удаленности друг относительно друга и энергосистемы. Сделаны выводы о влиянии конфигурации системы электроснабжения на запас статической устойчивости в послеаварийных режимах и динамической устойчивости при изменении конфигурации сети. Даны рекомендации по повышению статической устойчивости узла в послеаварийных режимах. К таким рекомендациям, прежде всего, отнесены коррекция загрузки синхронных генераторов по активной и реактивной мощности в послеаварийных режимах. Определена наилучшая по динамической устойчивости конфигурация сети. Разработанный программный комплекс может быть использован на этапе планирования нормальных, аварийных и послеаварийных режимов оперативно-диспетчерским персоналом электростанций или группами режимов электротехнических лабораторий.
Ключевые слова
Распределенная генерация, статическая и динамическая устойчивость, промышленное предприятие, установившийся режим, переходный режим, программное обеспечение, система электроснабжения, линия электропередачи, трансформатор, синхронный генератор.
1. Жданов П.С. Вопросы устойчивости энергетических систем / под ред. Л.А. Жукова. М.: Энергия, 1979. 456 с.
2. Kothari D.P., Nagrath I.J. Power System Engineering. Second Edition. New Delhi: Tata McGraw-Hill Publishing Company Limited, 2008.
3. Кимбарк Э. Синхронные машины и устойчивость электрических систем. – М.-Л.: Госэнергоиздат, 1960. 392 с.
4. Андерсон П., Фуад А.Управление энергосистемами и устойчивость / пер. с англ. под ред. Я.Н. Лугинского. М.: Энергия, 1980. 568 с.
5. Xiufeng S., Shiguang M. Research on Measures to Improve Stability of the Power System. Applied Mechanics and Materials, vol. 742 (2015), pp 648-652.
6. Hazarika D. New method for monitoring voltage stability condition of a bus of an interconnected power system using measurements of the bus variables. IET Generation, Transmission & Distribution. Oct 2012, vol. 6, iss. 10, pp. 977-985.
7. Веников В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах. 2-е изд. М.: Высшая школа, 1970. 472 с.
8. Малафеев А.В., Буланова О.В., Ротанова Ю.Н. Исследование динамической устойчивости систем электроснабжения промышленных предприятий с собственными электростанциями при отделении от энергосистемы в результате короткого замыкания // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника. 2008. №17(117). С.72-74.
9. Satheesh A., Manigandan T. Maintaining Power System Stability with Facts Controller using Bees Algorithm and NN. Journal of Theoretical and Applied Information Technology, 10th March 2013, vol. 49, iss. 1, pp. 38-47.
10. Boudour M., Hellal A. Power System Dynamic Security Mapping Using Synchronizing and Damping Torques Technique. The Arabian Journal for Science and Engineering, vol.30, no.1B.
11. Совалов С.А., Семенов В.А. Противоаварийное управление в энергосистемах. М.: Энергоатомиздат, 1988. 416 с.
12. Барзам А.Б. Системная автоматика. М.: Энергия, 1973. 392 с.
13. Harikrishna D. Srikanth N.V. Dynamic Stability Enhancement of Power Systems Using Neural-Network Controlled Static-Compensator, TELKOMNIKA, vol.10, no.1, March 2012, pp. 9-16.
14. Sujatha Er.S., Anitha Dr.R ., Selvan Dr.P., Selvakumar Er.S. Transient Stability Enhancement of Tneb 400 kV Transmission Network with SVC. Journal of Theoretical and Applied Information Technology, 10th May 2014, vol. 63, iss. 1, pp. 85-91.
15. Zhang R., Xu Y., Dong Z.Y., Wong K.P. Post-disturbance transient stability assessment of power systems by a self-adaptive intelligent system. The Institution of Engineering and Technology IET Gener. Transm. Distrib., 2015, vol. 9, iss. 3, pp. 296–305.
16. Welhazi Y., Guesmi T., Jaoued I.B., Abdallah H.H. Power System Stability Enhancement Using FACTS Controllers in Multimachine Power Systems. J. Electrical Systems, 2014, no.10-3, pp.276-291.
17. Анализ статической устойчивости генераторов / А.В. Малафеев, О.В. Газизова, А.В. Кочкина, Е.А. Гринчак // Главный энергетик. 2013. № 7. С. 17-25.
18. Ачитаев А.А., Удалов С.Н., Юманов М.С. Повышение запаса регулировочной способности генераторов в энергетических системах с распределенной генерацией // Электротехника. Электротехнология. Энергетика сборник научных трудов VII Международной научной конференции молодых ученых / Новосибирский государственный технический университет Межвузовский центр содействия научной и инновационной деятельности студентов и молодых ученых Новосибирской области. Новосибирск, 2015. С. 8-10.
19. Малафеев А.В., Хламова А.В., Краснов М.И. Оптимизация загрузки генераторов собственных электростанций ОАО «ММК» с учетом потерь активной мощности в распределительной сети путем декомпозиции общей задачи // Главный энергетик. 2011. №3. С. 54-57.
20. Varganova A.V., Panova E.A., Kurilova N.A., Nasibullin A.T. Mathematical Modeling of Synchronous Generators in Out-of-balance Conditions in the Task of Electric Power Supply Systems Optimization. International Conference on Mechanical Engineering, Automation and Control Systems (MEACS). 2015.
21. Расчет динамических характеристик синхронных и асинхронных двигателей промышленных предприятий с целью анализа устойчивости систем электроснабжения / Игуменщев В.А., Малафеев А.В., Буланова О.В., Ротанова Ю.Н. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2006. №2. С.71.-75.
22. Влияние высоковольтных двигателей собственных нужд на надежность системы электроснабжения собственных нужд ТЭЦ ОАО «ММК» / А.В. Малафеев, О.И. Карандаева, Ю.Н. Ротанова, О.В. Буланова // Электротехнические системы и комплексы. 2009. № 17. С. 96-104.
23. Исследование влияния ввода в работу перспективной воздушной линии на режимы промышленного энергетического узла / Ю.Н. Кондрашова, О.В. Газизова, М.М. Гладышева, И.М. Галлиулин // Международный научно-исследовательский журнал. 2014. № 4-2(23). С.35-37.
24. Анализ режимов несимметричных коротких замыканий в сложных системах электроснабжения с собственными электростанциями / А.В. Малафеев, О.В. Буланова, Е.А. Панова, М.В. Григорьева // Промышленная энергетика. 2010. №3. С.26-31.
25. Akagi H., Takahashi K., Kobayashi T., Sugihara H., Kai T. Analysis of an Adjustable Speed Rotary Condenser for Power System Stabilization. Electrical Engineering in Japan, vol. 133, no.1, 2000.
26. Xu Y., Dong Z.Y., Zhao J., Xue Y., Hill D.J. Trajectory sensitivity analysis on the equivalent one-machine-infinite-bus of multi-machine systems for preventive transient stability control. The Institution of Engineering and Technology IET Gener. Transm. Distrib., 2015, vol. 9, iss. 3, pp. 276–286.
27. Удалов С.Н. Приступ А.Г., Ачитаев А.А. Исследование магнитной трансмиссии с переменным передаточным отношением в ветроэнергетической установке в целях повышения запаса динамической устойчивости // Известия Томского политехнического университета. 2015. Т. 326. № 10. С. 123-134.
28. Удалов С.Н., Ачитаев А.А., Юманов М.С. Исследование режимов работы ветроэнергетической установки на базе электромагнитной трансмиссии в составе автономной системы электроснабжения // Электро. Электротехника, электроэнергетика, электротехническая промышленность. 2015. №5. С. 32-35.
29. Shevchenko A.F., Pristup A.G., Novokreshchenov O.I., Toporkov D.M., Korneev V.V. Construction and Design Features of Permanent Magnet electric Motors for General Industrial Purposes. Russian Electrical Engineering, 2014, vol.85, no. 12, pp. 748-751.
30. Гамазин С.И., Ставцев В.А., Цырук С.А. Переходные процессы в системах промышленного электроснабжения, обусловленные электродвигательной нагрузкой М.: Изд-во МЭИ, 1997. 424 с.
31. Определение асинхронной мощности синхронных генераторов в расчетах электромеханических переходных процессов при несимметричных режимах / О.В. Буланова, А.В. Малафеев, Н.А. Николаев, Ю.Н. Ротанова, Е.А. Панова // Электрика. 2010. №8. С. 24-26.
32. Малафеев А.В., Панова Е.А. Алгоритм расчета сложнонесимметричных режимов систем электроснабжения промышленных предприятий // Главный энергетик. 2011. №3. С.35-39.
33. Оценка эффективности релейной защиты в сетях 110-220 кВ сложных систем электроснабжения промышленных предприятий с собственными электростанциями / В.А. Игуменщев, Б.И. Заславец, Н.А. Николаев, А.В. Малафеев, О.В. Буланова, Ю.Н. Кондрашова, Е.А. Панова. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2011. 141 с.
34. Исследование сходимости метода расчета установившихся режимов систем электроснабжения при работе раздельно с энергосистемой / О.В. Буланова, В.А. Игуменщев, А.В. Малафеев, Ю.Н. Ротанова // Электротехнические системы и комплексы. 2005. №10. С.129-134.
35. Исследование эффективности работы делительной автоматики в системе электроснабжения промышленного предприятия черной металлургии / О.В. Газизова, А.В. Малафеев, В.М. Тарасов, М.А. Извольский // Промышленная энергетика. 2012. №10. С.12-17.
36. Kornilov G.P., Panova E.A., Varganova A.V. The Algorithm of Economically Advantageous Overhead Wires Cross Section Selection Using Corrected Transmission Lines Mathematical Models. Procedia Engineering, 2015, vol.129, pp. 951-955.
37. Анализ интенсивности отказов частотно-регулируемых электроприводов районных тепловых станций при нарушениях электроснабжения / В.Р. Храмшин, К.Э. Одинцов, А.Р. Губайдуллин, О.И. Карандаева, Ю.Н. Кондрашова // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика. 2014. Т.14. №2. С. 68-79.
38. Методика прогнозирования остаточного ресурса электрооборудования при эксплуатации / Одинцов К.Э., Ротанова Ю.Н., Карандаева О.И., Мостовой С.Е., Шиляев П.В. // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2010. №3-1. С.192-198.
39. Разработка методики прогнозирования отказов сложных электротехнических систем на примере электрических систем / Ю.Н. Кондрашова, М.М. Гладышева. Арт.А. Николаев, А.А. Николаев // Технические науки: от теории к практике. Новосибирск: НП «СибАК», 2014. №33. C.101-108.
40. Karandaev A.S., Khramshin V.R., Evdokimov S.A., Kondrashova Yu.N., Karandaeva O.I. Metodology of calculation of the reliability indexes and life time of the electric and mechnical systems. Proceedings of 2014 International Conference on Mechanical Engineering, Automation and Control Systems, MEACS, 2014, pp. 1-6.