Аннотация
Одними из основных тенденций развития электроэнергетики в наши дни является увеличение доли объектов распределенной генерации и малой энергетики в общей выработке активной мощности. Это существенно усложняет конфигурацию электрических сетей и не исключает выход на раздельную с энергосистемой работу собственного источника питания и разнородной нагрузки. В связи с этим остается актуальным расчет и анализ устойчивости подобных режимов с учетом особенностей высоковольтных распределительных сетей, источников распределенной генерации, как правило, вырабатывающих не только электроэнергию, но и тепло, а также промышленных или городских нагрузок. В таких условиях при раздельной работе интерес представляет анализ статической, динамической, а в режимах ресинхронизации – и результирующей устойчивости. Разработан алгоритм определения границ динамической устойчивости промышленных генераторов в режиме выхода на раздельную с энергосистемой работу, использующий метод последовательного утяжеления. В качестве параметра утяжеления принимается дополнительная нагрузка на шинах связи с энергосистемой. Получен алгоритм исследования устойчивости синхронных и асинхронных двигателей собственных нужд, учитывающий загрузку двигателя и взаимное влияние источников питания и нагрузки. Полученные алгоритмы реализуются с помощью программного комплекса «КАТРАН» расчета установившихся и переходных режимов, позволяющего анализировать динамическую устойчивость машин переменного тока при выходе промышленной электростанции с нагрузкой на раздельную работу. Исследования проводились на примере местной тепловой электростанции с нагрузками в виде промышленных потребителей и электродвигателей собственных нужд. В ходе расчетов были определены области сохранения устойчивости в зависимости от небаланса мощности на шинах связи с энергосистемой и при заданной дополнительной нагрузке применительно к синхронным генераторам и двигателям собственных нужд. Полученные результаты позволяют разрабатывать мероприятия по повышению динамической устойчивости в условиях отделения от энергосистемы промышленных объектов распределенной генерации.
Ключевые слова
Переходный режим, промышленный синхронный генератор, динамическая устойчивость, программное обеспечение, система электроснабжения, угол ротора.
1. Варганов Д.Е., Варганова А.В., Баранкова И.И. Применение экономико-математических моделей газопоршневых установок с целью повышения эффективности работы энергоузлов с источниками распределенной генерации // Электротехнические системы и комплексы. 2016. № 4 (33). С. 29–34.
2. Построение технико-экономических моделей турбогенераторов и котлоагрегатов собственных электростанций промышленных предприятий / А.В. Кочкина, А.В. Малафеев, Н.А. Курилова, Р.П. Нетупский // Электротехнические системы и комплексы. 2013. №21. С. 247–252.
3. Ачитаев А.А., Удалов С.Н., Юманов М.С. Повышение запаса регулировочной способности генераторов в энергетических системах с распределенной генерацией // Электротехника. Электротехнология. Энергетика: сб. науч. 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.
4. Анализ переходных режимов систем электроснабжения промышленных предприятий, имеющих в своем составе объекты малой энергетики / О.В. Буланова, А.В. Малафеев, Ю.Н. Ротанова, В.М. Тарасов // Промышленная энергетика. 2010. №4. С. 22–28.
5. 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. Т. 85. №12. С. 748–751.
6. Комплексная оценка эффективности токовых и дистанционных защит в сетях 110–220 кВ в условиях магнитогорского энергетического узла / Б.И. Заславец, В.А. Игуменщев, Н.А. Николаев, А.В. Малафеев, О.В. Буланова, Ю.Н. Ротанова, Е.А. Панова // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика. 2011. №15. С. 14–21.
7. Оценка эффективности релейной защиты в сетях 110–220 кВ сложных систем электроснабжения промышленных предприятий с собственными электростанциями / Игуменщев В.А., Заславец Б.И., Николаев Н.А., Малафеев А.В., Буланова О.В., Кондрашова Ю.Н., Панова Е.А. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2011. 141 с.
8. Жданов П.С. Вопросы устойчивости энергетических систем / под ред. Л.А. Жукова. М.: Энергия, 1979. 456 с.
9. Кимбарк Э. Синхронные машины и устойчивость электрических систем. М.; Л.: Госэнергоиздат, 1960. 392 с.
10. Варганова А.В., Хужина З.Б.Определение величин экономических плотностей тока в условиях современного рынка на электротехническое оборудование // Электротехнические системы и комплексы. 2017. №3(36). С. 23–28.
11. The Algorithm of Economically Advantageous Overhead Wires Cross Section Selection Using Corrected Transmission Lines Mathematical Models / Kornilov G.P., Panova E.A., Varganova A.V. // Procedia Engineering. 2015. Vol. 129. P. 951–955.
12. Газизова О.В., Абдулхаликова А.А. Исследование пропускной способности питающих линий электропередачи крупного промышленного энергетического узла // Электротехнические системы и комплексы. 2014. №2(23). С. 48–52.
13. Варганова А.В. О методах оптимизации режимов работы электроэнергетических систем и сетей // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика. 2017. Т. 17. № 3. С. 76–85.
14. 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 mechanical systems // Proceedings of 2014 International Conference on Mechanical Engineering, Automation and Control Systems, MEACS 2014. P. 1–6.
15. Gazizova O.V., Malafeyev A.V., Kondrashova Yu.N. Mathematical simulation of the operating emergency conditions for the purpose of energy efficiency increase of thermal power plants management // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. "International Conference on Mechanical Engineering, Automation and Control Systems 2015, MEACS 2015". 2016. P. 012056.
16. Оценка регулирующего эффекта выпрямительной нагрузки для определения параметров установившихся режимов систем электроснабжения промышленных предприятий / Н.А. Николаев, О.В. Буланова, А.В. Малафеев, Ю.Н. Кондрашова, В.М. Тарасов // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. 2011. №4. С. 115–118.
17. 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.
18. Kondrashova Y.N., Gazizova O.V., Malapheev A.V. Increasing the efficiency of power resource management as a solution of issues of the power supply system stability // Proceedia Engineering 2015. Vol. 128. P. 759–763.
19. 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.
20. Xiufeng, Shi Research on Measures to Improve Stability of the Power System / Shi Xiufeng, Mu Shiguang // Applied Mechanics and Materials, Vol. 742 (2015), pp. 648–652.
21. 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, Issue 10, pp. 977–985.
22. Satheesh, A. Maintaining Power System Stability with Facts Controller using Bees Algorithm and NN / A. Satheesh, T. Manigandan // Journal of Theoretical and Applied Information Technology. 10th March 2013. Vol. 49. Issue 1. P. 38–47.
23. Boudour, Mohamed Power System Dynamic Security Mapping Using Synchronizing and Damping Torques Technique / Mohamed Boudour, Abdelhafid Hellal // The Arabian Journal for Science and Engineering, Volume 30, Number 1B.
24. Harikrishna, D. Dynamic Stability Enhancement of Power Systems Using Neural-Network Controlled Static-Compensator / D. Harikrishna, N.V. Srikanth // TELKOMNIKA. Vol.10, No.1, March 2012, pp. 9–16.
25. Sujatha, Er.S. Transient Stability Enhancement of Tneb 400 kV Transmission Network with SVC / Er.S. Sujatha, Dr.R. Anitha, Dr.P. Selvan, Er.S. Selvakumar // Journal of Theoretical and Applied Information Technology. 10th May 2014. Vol. 63, Issue 1, p 85–91.
26. Zhang, Rui Post-disturbance transient stability assessment of power systems by a self-adaptive intelligent system / Rui Zhang, Yan Xu, Zhao Yang Dong, Kit Po Wong // The Institution of Engineering and Technology IET Gener. Transm. Distrib., 2015, Vol. 9, Iss. 3, pp. 296–305.
27. Welhazi, Yosra Power System Stability Enhancement Using FACTS Controllers in Multimachine Power Systems / Yosra Welhazi, Tawfik Guesmi, Imen Ben Jaoued, Hsan Hadj Abdallah // J. Electrical Systems 10–3 (2014): 276–291.
28. Akagi, Hirofumi Analysis of an Adjustable Speed Rotary Condenser for Power System Stabilization / Hirofumi Akagi, Kenji Takahashi, Toshiaki Kobayashi, Hiroaki Sugihara, Takaaki Kai // Electrical Engineering in Japan, Vol. 133, No.1, 2000.
29. Kothari, D.P. Power System Engineering / D.P. Kothari, I.J. Nagrath – Second Edition. New Delhi: Tata McGraw-Hill Publishing Company Limited, 2008.
30. Определение асинхронной мощности синхронных генераторов в расчетах электромеханических переходных процессов при несимметричных режимах / Буланова О.В., Малафеев А.В., Николаев Н.А., Ротанова Ю.Н., Панова Е.А. // Электрика. 2010. №8. С. 24–26. Automation and Control Systems (MEACS). 2015.