Сучасні умови функціонування великих промислових підприємств вимагають забезпечення високої надійності електропостачання споживачів при зниженні собівартості споживаної електроенергії. Ці вимоги забезпечуються за рахунок широкого впровадження власних джерел електричної енергії. До них відносяться теплоелектроцентралі, газотурбінні, газопоршневі і парогазові електростанції. У той же час відбувається істотне ускладнення конфігурації промислової мережі і можливих аварійних режимів. Одним з аварійних режимів в таких мережах є втрата збудження синхронного генератора. Допустимість подібного режиму обумовлюється нормативними документами. У такій ситуації генератор переходить в режим асинхронного ходу і споживає реактивну потужність з мережі. Метою даної роботи є виявлення допустимості роботи синхронного генератора певний час в режимі асинхронного ходу в результаті втрати збудження. Розроблено алгоритм розрахунку перехідного електромеханічного процесу синхронного генератора, що враховує втрату збудження машини. Дослідження проводяться для різних експлуатаційних режимів промислової електростанції з урахуванням початкового завантаження генератора за допомогою програмного комплексу «КАТРАН». Результати розрахунку дозволяють визначити завантаження генераторів по активної потужності, при якій можлива робота синхронного генератора в режимі асинхронного ходу без порушення.

Анотація наукової статті з електротехніки, електронної техніки, інформаційних технологій, автор наукової роботи - Газизова Ольга Вікторівна, Соколов Олександр Павлович, Патшін Микола Трохимович, Кондрашова Юлія Миколаївна


Analysis of Permissibility of the Excitation Loss Mode of the Synchronous Generator in the Conditions of the Industrial Electrical Supply System

Modern operating conditions of large industrial enterprises require the provision of high reliability of power supply to consumers while reducing the cost of the electricity consumed. These requirements are ensured by the widespread introduction of own sources of electrical energy. These include combined heat and power plants, gas turbines, gas pistons and steam and gas power plants. At the same time, there is a significant complication of the industrial network configuration and possible emergency modes. One of the emergency modes in such networks is the loss of excitation of the synchronous generator. The admissibility of such a regime is specified by regulatory documents. In this situation, the generator goes into asynchronous mode and consumes reactive power from the network. The purpose of this work is to identify the admissibility of the synchronous generator operation for a certain time in the asynchronous mode as a result of the loss of excitation. An algorithm has been developed to calculate the transient electromechanical process of a synchronous generator taking into account the loss of machine excitation. Investigations have been carried out for various operating modes of an industrial power plant taking into account the initial generator load using the KATRAN software. The calculation results allow determining the generator load by active power at which the synchronous generator can operate in the asynchronous mode without excitation.


Область наук:
  • Електротехніка, електронна техніка, інформаційні технології
  • Рік видавництва: 2019
    Журнал: Електротехнічні системи та комплекси
    Наукова стаття на тему 'АНАЛІЗ допустимі режими ВТРАТИ ПОРУШЕННЯ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА В УМОВАХ ПРОМИСЛОВОЇ СИСТЕМИ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ СКЛАДНОЇ конфігурації'

    Текст наукової роботи на тему «АНАЛІЗ допустимі режими ВТРАТИ ПОРУШЕННЯ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА В УМОВАХ ПРОМИСЛОВОЇ СИСТЕМИ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ СКЛАДНОЇ конфігурації»

    ?УДК 621. 3

    Газизова О.В., Соколов А.П., Патшін Н.Т., Кондрашова Ю.Н.

    https://doi.org/10.18503/2311-8318-2019-2(43)-12-18

    Магнітогорський державний технічний університет ім. Г.І. Носова

    Аналіз допустимості режиму втрати збудження синхронного генератора В УМОВАХ ПРОМИСЛОВОЇ СИСТЕМИ електропостачання складної конфігурації

    Сучасні умови функціонування великих промислових підприємств вимагають забезпечення високої надійності електропостачання споживачів при зниженні собівартості споживаної електроенергії. Ці вимоги забезпечуються за рахунок широкого впровадження власних джерел електричної енергії. До них відносяться теплоелектроцентралі, газотурбінні, газопоршневі і парогазові електростанції. У той же час відбувається істотне ускладнення конфігурації промислової мережі і можливих аварійних режимів. Одним з аварійних режимів в таких мережах є втрата збудження синхронного генератора. Допустимість подібного режиму обумовлюється нормативними документами. У такій ситуації генератор переходить в режим асинхронного ходу і споживає реактивну потужність з мережі. Метою даної роботи є виявлення допустимості роботи синхронного генератора певний час в режимі асинхронного ходу в результаті втрати збудження. Розроблено алгоритм розрахунку перехідного електромеханічного процесу синхронного генератора, що враховує втрату збудження машини. Дослідження проводяться для різних експлуатаційних режимів промислової електростанції з урахуванням початкового завантаження генератора за допомогою програмного комплексу «КАТРАН». Результати розрахунку дозволяють визначити завантаження генераторів по активної потужності, при якій можлива робота синхронного генератора в режимі асинхронного ходу без порушення.

    Ключові слова: промисловий синхронний генератор, перехідний електромеханічний режим, програмне забезпечення, автоматичний регулятор збудження, паралельна робота, роздільна робота, втрата збудження, асинхронний хід.

    Вступ

    Дослідженню статичної, динамічної і результуючої стійкості синхронних машин присвячена велика кількість праць як вітчизняних [15], так і зарубіжних [6-16]. Зокрема, детально проведений аналіз режиму трифазного короткого замикання і подальшого його відключення, а також режими асинхронного ходу і ресинхронізації [1], [3], [6], [15]. Велика кількість вітчизняних праць присвячено питанням експлуатації об'єктів розподіленої генерації [17-19]. В окремих працях розглянуті питання передачі електричної енергії в промислових мережах [20] і їх надійності [21].

    Асинхронний хід синхронного генератора може протікати в двох видах. По-перше, асинхронний хід при наявності порушення. Такий режим супроводжується істотною зміною напруги і струмів синхронної машини і не є тривало припустимим.

    Асинхронний хід генератора при втраті збудження супроводжується споживанням з мережі реактивної потужності і зниженням вироблення активної потужності в мережу. Допустимість такого режиму залежить від типу і системи охолодження генератора. Так, для турбогенераторів з непрямим охолодженням допускається робота в режимі асинхронного ходу до 30 хвилин [1]. При цьому повинна бути знижена його потужності, що виробляється до 50-70%, а струм статора не повинен перевищувати 110% від номінального. Турбогенератори, що мають безпосереднє охолодження, можуть працювати в режимі асинхронного ходу не до 15 хвилин при зниженні потужності турбіни до 40-55%. При цьому напруга на виводах генератора від енергосистеми

    © Газизова О.В., Соколов А.П., Патшін Н.Т., Кондрашова Ю.М., 2019

    не повинно знижуватися більше ніж на 30% від номінального. В іншому випадку може порушитися стійкість роботи синхронних машин в даному вузлі.

    Таким чином, можливість роботи синхронного генератора в режимі асинхронного ходу при втраті збудження залежить від великої кількості факторів, в тому числі вихідного режиму роботи і потужності живильної енергосистеми.

    Для аналізу подібного режиму була розроблена відповідна математична модель, що враховує загасання магнітного потоку в обмотці збудження. Модель була врахована в алгоритмі розрахунку перехідного електромеханічного процесу при паралельній і роздільної роботи з енергосистемою.

    Розроблений на кафедрі ЕПП МГТУ ім. Г.І. Носова програмний комплекс «КАТРАН» дозволяє розраховувати режими асинхронного ходу і ресинхронізації з урахуванням втрати збудження синхронної машини, а також оцінювати допустимість подібних режимів.

    Облік втрати збудження

    В МОДЕЛІ ГЕНЕРАТОРА

    Математичного моделювання синхронних генераторів присвячена велика кількість праць [1-6]. У загальному випадку математичне моделювання синхронних генераторів з метою розрахунку перехідних режимів може проводитися трьома способами, в залежності від поставленого завдання.

    Першим способом є безпосереднє визначення потокозчеплення, тобто пряме рішення системи рівнянь Парка-Горєва в часі. Такий підхід в поєднанні з методами чисельного інтегрування дає дуже точні результати, але є досить трудомістким і слабо застосуємо в чистому вигляді для розрахунку режимів сложнозамкнутих

    систем. В основному він застосовується для аналізу експлуатаційних режимів окремих машин з урахуванням докладних характеристик систем автоматичного регулювання.

    Інший спосіб використовується в розрахунках режимів складних електроенергетичних систем в поєднанні з протяжними лініями електропередачі. При цьому має місце використання еквівалентів окремих електростанцій або їх груп, що є достатнім для даного завдання. Особлива увага при цьому підході приділяється стійкості протяжних ліній електропередачі.

    Третій спосіб передбачає подання окремих генераторів і їх регуляторів зовнішніми характеристиками, дозволяє визначити стійкість в окремо взятому вузлі, наприклад промислової електростанції. Джерела розподіленої генерації в такому вузлі, як правило, різнотипні і мають певну електричну віддаленість відносно один одного. Оскільки розвиток промислової генерації істотно ускладнює аварійні і експлуатаційні режими систем електропостачання, то такий підхід є виправданим.

    У даній статті використано останній метод. В цьому випадку в математичної моделі генератор представляється не безпосередньо потокозчеплення, а перехідними (сверхпереходнимі) ЕРС, пропорційними відповідним потокозчеплення. Для використання подібного підходу спочатку розраховується сталий режим [22-24]. Даний підхід використовується для аналізу динамічної стійкості і викладено в працях [25-30].

    Так, потік реакції статора визначається струмом статора, який може бути отриманий з розрахунку перехідного режиму на кожному кроці перехідного процесу і визначає повну ЕРС машини Е (п) = Е ^ і) +] Її ( "у Потік обмотки збудження визначається вимушеної ЕРС машини Е9е ( "). Очевидно, що втрата збудження синхронного генератора супроводжується поступовим зниженням вимушеної ЕРС до нуля. І генератор з синхронного режиму переходить в асинхронний.

    При тривалому перехідному процесі сверхпереходнимі складовими можна знехтувати, тому в розрахунок режиму генератор задається перехідними ЕРС Е '(і) = Е'ч ( ") + уе' ^ (і), пропорційними сумарному потокозчеплення по поздовжній і поперечній осях відповідно. На кожному кроці розрахунку враховується зміна перехідних ЕРС з урахуванням зміни потоку реакції статора і обмотки збудження.

    Одночасно на сумарний магнітний потік починає впливати магнітний потік, обумовлений асинхронними потужностями, зміна яких враховується по поздовжній і поперечній осях. При цьому умовно прийнято, що одна з осей пов'язана з дійсною віссю, інша - з уявної.

    На рис. 1 показаний алгоритм розрахунку перехідного режиму, що враховує втрату збудження синхронного генератора. У ньому показано визначення початкових значень ЕРС і їх зміна в часі.

    На рис. 1 прийняті наступні позначення: ОКЗ-відношення короткого замикання, О.М. .; Хе, х'ё, х "е -

    синхронне індуктивне, перехідний і сверхпереходное опору, О.М. .; Т'ё0, Т "yo0 - постійні часу синхронної машини при розімкнутої обмотці статора при наявності і відсутності демпферних контурів, с; Т'ё, Т" е - перехідна і сверхпереходная постійні часу синхронної машини при закороченому обмотці статора, с; Та - постійна часу обмотки статора, з, РГ, QГ - дійсна завантаження генераторів, о.н.е., і (П), / ( "), 1 ^ П) - поточні напруга і струм і його складові для обмотки статора; ф ( "), 5 (") -кути навантаження і ротора, О.М..

    Відповідно до рівня напруги на висновках обмотки статора визначається асинхронна активна рас (я) і реактивна QA.cn) потужності і збільшення активної ДЕ'ас (я) і реактивної ДЕ "ас (я) складової перехідної ЕРС на кожному інтервалі розрахунку з урахуванням того , що дійсні та уявні складові перехідної ЕРС рівні перехідним ЕРС по поздовжньої і поперечної осі відповідно, а система осей е і q пов'язана з полем статора, а не ротора. Асинхронная потужність, в свою чергу, ділиться на потужність намагнічування і розсіювання Qv ^ ") , Qраc (і), які визна еляются ковзанням 5.

    Після визначення нового значення перехідної ЕРС визначається відповідно до чисельним рішенням рівняння руху ротора нове значення кута ротора, і з новими параметрами розраховується новий режим. Розроблений алгоритм може бути використаний для методів чисельного інтегрування. В даному випадку розрахунок ведеться поєднанням методів послідовного еквівалентування для розрахунку усталених режимів і методом послідовних інтервалів для розрахунку перехідного електромеханічного процесу.

    Реалізація математичної моделі в

    ПРОГРАМНЕ КОМПЛЕКСІ «КАТРАН»

    Розрахунок режимів здійснювався за допомогою програмного комплексу «КАТРАН», розробленого на кафедрі ЕПП МГТУ ім. Г.І. Носова. Як приклад взята промислова теплова електростанція (ТЕЦ), схема електричних з'єднань якої представлена ​​на рис. 2.

    У разі втрати збудження генератор з перезбудженого стану переходить в недовозбужден-ве і, як видно з таблиці, починає споживати реактивну потужність з мережі, що пояснюється виникненням асинхронного режиму роботи синхронного генератора. У такому режимі роботи, як показано на рис. 3, у генератора Г-8, який втратив збудження, значно збільшується кут навантаження по відношенню до інших генераторів, що не втратив збудження. При цьому значення перехідної ЕРС і перехідною ЕРС в поперечної осі прагнуть до нуля.

    При проведенні досліджень виконується розрахунок режиму при паралельній роботі з енергосистемою і вибирається генератор, у якого сталася втрата збудження. Далі виконується розрахунок у тимчасовому циклі 10 з і знімаються основні показання аварійного режиму. Аналогічні розрахунки повторюються для всіх генераторів обраної електростанції.

    ^ Початок ^

    / ОКЗ, х ,, х'л, х ", г'0, х0хт, / г-07

    Розрахунок усталеного режиму

    Е (0) = ^ (і (0) |с0 Ф (0)) + (і, 0, | 8'п Ф (0) + V3 | 7 (0) | х

    8 (0) = агс81п Рх; ^ (0) = 7 (0) С0 «(фт + 5 (0)); (0) = / (0) | зт (ф (0) + 5 (0

    і мЕ (0)

    1 + 1

    Е (0) = і (0) С08 5 (0) + 7Л (0) х; е (0) = (0) (х "х"); Е (0) = е, (0) + 7Л (0) (ХЛ ХЛ); 5 (0) = 5 (0) агсс08) Е (0)

    ЕРС від дії возбуд короткого замикаючи ІТЕЛ в перший момент ания:?, В (0) = Еч ​​(0)

    &

    Для заданого числа інтервалів I = 1 ... п

    Розрахунок сверхпереходного режиму КЗ

    Р

    і,

    Асинхронна активна потужність:

    2 (, А

    X

    Т "

    Ас (п)

    -- зт25, >

    314А? (П)

    XХ "1 + (зТ 'ХЛ 1 + (зТ")

    Асинхронна реактивна потужність:

    6АС (п) = <2и п) + &рас (п) п Х

    Ас (п) ^ ц (п) ^ рас (п) ((

    2

    хлх,

    (ЗТ) 2 + зх

    ЛА

    + (Зх ') 2 ^ + (зт ")

    Л з «25, ,

    2 (п)

    (Зт;) 2 + зт;

    / У АЛ

    [+ (Зт ") 2 V1 + (зт;)

    Л з «25, ,

    2 (п)

    / у

    Е = Її

    9е (п) д (°)

    Е - Е

    = А ^ е (і) -. (І-1) + ае '

    у- ,, д (я-1) А

    т л (0) + е '2

    _г (і-1)

    <п)

    Ае ', = А?-

    "(І)

    л (п-1)

    - + АЕ ",

    Е \ + ас (п) їв (п-1) А?

    т +

    т л (0) + Е '2

    "(П-1)

    Е д (п) II е (,, + Ае ', -1)? (П)'

    Е Л (п) II Е (-1) + АЕ Л (п);

    Е (п) = М '(е? (П)) 2 + (Ае "(п)) 2

    висновок результатів

    кінець

    3

    Мал. 1. Алгоритм розрахунку параметрів генератора

    У таблиці розрахункова потужність приймається рівної номінальної потужності генератора. За розрахованим доаварійних сталому режиму визначалися значення напруги, а також дійсні значення активної і реактивної потужності.

    Аварійний струм / Павар, Післяаварійний напруга іп.авар, післяаварійні активна Рп.авар і реактивна потужності 0павар визначаються в ході розрахунку перехідного режиму при втраті збудження одного з генераторів. За отриманими струмів визначається, на скільки зріс післяаварійний ток по відношенню до номінального струму.

    Для зменшення відсотка перевантаження знижувалася

    видається активна потужність генератора, який вийшов із синхронізму, і визначалося рекомендоване значення активної потужності в післяаварійний режимі, що забезпечує значення післяаварійного струму з допустимим відсотком перевантаження.

    Проведені розрахунки дозволяють судити про роботу синхронного генератора в режимі асинхронного ходу при втраті збудження. Оскільки в подібному режимі машина споживає асинхронну реактивну потужність і виробляє активну, то є можливість регулювання тільки активної потужності за допомогою регулятора швидкості з метою забезпечення допустимого струму обмотки статора генератора.

    х

    X

    I Енергосила

    Г-6 О) О)

    25 МВт Г-4а Г-4б

    6 МВт 6 МВт 3 кВ

    Особисті потреби

    ТГ-4 30 МВт

    власні

    М 30 МВт

    потреби

    Мал. 2. Схема електричних з'єднань промислової електростанції

    105 95 85

    ] 1 Кут, ел. град.

    Г-1 Г-2

    '/.....1 Г-3 Г-5 ••• ТГ-1 ТГ-2 Г-4а, Г-4б ""

    ,_7 ....... '7 "у /" ": ТГ-3, ТГ-4

    0 1 2 3 4 г, з

    Мал. 3. Зміна власного кутка ротора генератора Г-8 при втраті збудження по відношенню до кутів роторів інших генераторів схеми

    Основні параметри генераторів в до- і після аварійному режимах на прикладі промислової ТЕЦ

    Номер генератора? I 0-, перевантаження,% ь1 ь ї 0-, Ь с! Р? п.авар с! ч?

    Г-8 2,8 40 3,2 15 10,3 9,4 42 10 42 30 34 25 2,6

    Г-3 2,8 40 3,0 10 10,6 9,8 41 15 41 31 35 28 2,6

    Г-6 1,7 25 2,0 16 10,1 10,1 27 8 27 22 22 19 1,7

    Г-4а 0,4 6 0,4 0 10,6 10,5 5,7 2 6 5 - - -

    Г-4б 0,4 6 0,4 0 10,6 10,5 5,6 2 6 5 - - -

    Г-7 1,7 25 2,1 21 10,5 10,1 29 8 29 23 25 20 1,8

    Г-5 1,7 25 2,1 19 10,4 10,0 28 8 28 22 23 19 1,7

    Г-1 2,4 12 2,9 20 3,12 2,88 12 4 12 8 10 7 2,5

    Г-2 2,4 12 3,0 26 3,07 2,82 12 4 12 8 10 7 2,5

    ТГ-1 3,4 30 4,0 17 6,79 5,52 31 10 31 23 28 20 3,5

    ТГ-2 2,1 30 1,6 -25 10,6 10 22 8 22 16 - - -

    ТГ-3 0,8 12 0,8 0 10,6 10,3 12 4 12 8 - - -

    ТГ-4 2,1 30 2,2 6 10,6 10 32 10 32 20 32 20 2,2

    висновок

    Розглянуто режим асинхронного ходу при втраті збудження синхронного генератора в умовах промислової електростанції при паралельній роботі з енергосистемою.

    Розроблено математичну модель синхронного генератора, що враховує зміну перехідних ЕРС машини при втраті збудження. Дана модель може бути застосовна для розрахунку перехідних режимів методами чисельного інтегрування. Модель врахована при розробці алгоритму розрахунку перехідного електромеханічного режиму, покладеного в основу програмного комплексу «КАТРАН». Розрахунки режимів за допомогою зазначеного комплексу велися стосовно промислової електростанції з турбогенераторами різної потужності.

    Розрахунки показали, що для забезпечення роботи в режимі асинхронного ходу без порушення необхідно знизити видається генераторами активну потужність.

    Розроблений програмний комплекс може бути використаний для аналізу можливих аварійних і післяаварійних режимів в ролі порадника диспетчера для оперативно-диспетчерського персоналу промислових електростанцій.

    Список літератури

    1. Мелешкін Г.А., Г.В. Меркур'єв. Стійкість енергосистем: монографія. Кн. 1. СПб .: НОУ «Центр підготовки кадрів енергетики», 2006. 369 с.

    2. Жданов П.С. Питання стійкості енергетичних систем / під ред. Л.А. Жукова. М .: Енергія, 1979. 456 с.

    3. Кімбарк Е. Синхронні машини і стійкість електричних систем. М.-Л .: Госенергоіздат, 1960. 392 с.

    4. Ковач К.П., Рац І. Перехідні процеси в машинах змінного струму. М.-Л .: Госенергоіздат, 1963. 744 с.

    5. Козівський Є.Я. Перехідні процеси в електричних машинах змінного струму. М.-Л .: Вид-во Академії наук СРСР, 1962. 625 с.

    6. Kothari D.P., Nagrath I.J. Power System Engineering - Second Edition. - New Delhi: Tata McGraw-Hill Publishing Company Limited, 2008.

    7. Xiufeng Shi, Shiguang Mu. Research on Measures to Improve Stability of the Power System - Applied Mechanics and Materials, vol. 742 (2015), pp 648-652.

    8. 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.

    9. Xiufeng Shi, Shiguang Mu. Research on Measures to Improve Stability of the Power System. Applied Mechanics and Materials. Vol. 742 (2015). P. 648-652.

    10. 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 Issue 1. P. 38-47.

    11. Harikrishna D., Srikanth N.V. Dynamic Stability Enhancement of Power Systems Using Neural-Network Controlled Static-Compensator // TELKOMNIKA. Vol.10. No.1, March 2012. P. 9-16.

    12. Boudour Mohamed, Hellal Abdelhafid. Power System Dynamic Security Mapping Using Synchronizing and Damping Torques Technique // The Arabian Journal for Science and Engineering. 2005. Vol. 30. Number 1B.

    13. 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.

    14. Zhang Rui, Yan Xu, Zhao Yang Dong, Kit Po. Wong 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-го, vol. 9, Iss. 3, pp. 296-305.

    15. Welhazi Yosra, Tawfik Guesmi, Imen Ben Jaoued, Hsan Hadj Abdallah. Power System Stability Enhancement Using FACTS Controllers in Multimachine Power Systems // J. Electrical Systems. 10-3 (2014): 276-291.

    16. Akagi Hirofumi Kenji Takahashi, Toshiaki Kobayashi, Hi-roaki Sugihara, Takaaki Kai Analysis of an Adjustable Speed ​​Rotary Condenser for Power System Stabilization // Electrical Engineering in Japan. Vol. 133. No.1, 2000..

    17. Варганова А.В. Алгоритм внутристанционной оптимізації режимів роботи котлоагрегатів і турбогенераторів промислових електростанцій // Промислова енергетика. 2018. № 1. С. 17-22.

    18. 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.

    19. 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. P. 748-751.

    20. 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. P. 951-955.

    21. 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. P. 1-6.

    22. Gazizova O.V., Malafeyev A.V., Kondrashova Y.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 Engineering6 зб. Сер. "International Conference on Mechanical Engineering, Automation and Control Systems 2015 року, MEACS 2015». 2016. P. 012 056.

    23. Оцінка регулюючого ефекту випрямної навантаження для визначення параметрів усталених режимів систем електропостачання промислових підприємств / Н.А. Миколаїв, О.В. Буланова, А.В. Малафєєв, Ю.Н. Кондрашова, В.М. Тарасов // Известия вищих навчальних закладів. Електромеханіка. 2011. №4. С. 115 118.

    24. Комплексна оцінка ефективності струмових і дистанційних захистів в мережах 110-220 кВ в умовах магнітогорського енергетичного вузла / Б.І. Заславець, В.А. Ігуменщев, Н.А. Миколаїв, А.В. Малафєєв, О.В. Буланова, Ю.Н. Ротанова, Е.А. Панова // Вісник Південно-Уральського державного університету. Серія: Енергетика. 2011. № 15. С. 14-21.

    25. Малафєєв А.В., Буланова О.В., Ротанова Ю.Н. Дослідження динамічної стійкості систем електропостачання промислових підприємств з власними електростанціями при відділенні від енергосистеми в результаті короткого замикання // Вісник южноуральской державного університету. Серія: Комп'ютерні технології, управління, радіоелектроніка. 2008. № 17 (117). С. 72-74.

    26. Аналіз перехідних режимів систем електропостачання промислових підприємств, що мають у своєму складі об'єкти малої енергетики / О.В. Буланова, А.В. Малафєєв, Ю.Н. Ротанова, В.М. Тарасов // Промислова енергетика. 2010. №4. С. 22-28.

    27. Increasing the efficiency of power resource management as a solution of issues of the power supply system stability. Kondrashova Y.N., Gazizova O.V., Malapheev A.V. Proceedia Engineering 2015. T.128. С. 759-763.

    28. Газизова О.В., Малафєєв А.В., Кондрашова Ю.Н. Визначення граничних параметрів режимів для забезпечення успішної ресинхронізації об'єктів розподіленої генерації в умовах підприємства чорної металургії // Вісник Південно-Уральського державного університету. Серія: Енергетика. 2016. Т. 16. №4. С. 12-22.

    29. Газизова О.В., Кондрашова Ю.М., Малафєєв А.В. Підвищення ефективності управління режимами електростанцій промислового енерговузла за рахунок прогнозування статичної та динамічної стійкості при зміні конфігурації мережі // Електротехнічні системи і комплекси. 2016. №3 (32). С. 27-38.

    30. Малафєєв А.В., Буланова О.В., Кондрашова Ю.Н. Дослідження впливу автоматичних регуляторів промислових генераторів на параметри перехідних процесів коротких замикань і виходу на роздільну роботу // Головний енергетик. 2011. №3. С. 26-29.

    Надійшла до редакції 21 січня 2019 р.

    Information in English

    Analysis of Permissibility of the Excitation Loss Mode of the Synchronous Generator in the Conditions of the Industrial Electrical Supply System

    Olga V. Gazizova

    Ph.D. (Engineering), Associate Professor, Department of Electric Power Supply of Industrial Enterprises, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russia. E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.. ORCID: https://orcid.org/0000-0001-9416-672X

    Alexandr P. Sokolov

    Undergraduate student, Department of Electric Power Supply of Industrial Enterprises, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russia. ORCID: https://orcid.org/0000-0001-9397-8291

    Nicolay T. Patshin

    Ph.D. (Engineering), Associate Professor, Department of Electric Power Supply of Industrial Enterprises, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russia.

    Yulia N. Kondrashova

    Ph.D., Associate Professor, Department of Electric Power Supply of Industrial Enterprises, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russia. ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5280-5666

    Modem operating conditions of large industrial enterprises require the provision of high reliability of power supply to consumers while reducing the cost of the electricity consumed. These requirements are ensured by the widespread introduction of own sources of electrical energy. These include combined heat and power plants, gas turbines, gas pistons and steam and gas power plants. At the same time, there is a significant complication of the industrial network configuration and possible emergency modes.

    One of the emergency modes in such networks is the loss of excitation of the synchronous generator. The admissibility of such a regime is specified by regulatory documents. In this situation, the generator goes into asynchronous mode and consumes reactive power from the network. The purpose of this work is to identify the admissibility of the synchronous generator operation for a certain time in the asynchronous mode as a result of the loss of excitation. An algorithm has been developed to calculate the transient electromechanical process of a synchronous generator taking into account the loss of machine excitation. Investigations have been carried out for various operating modes of an industrial power plant taking into account the initial generator load using the KATRAN software. The calculation results allow determining the generator load by active power at which the synchronous generator can operate in the asynchronous mode without excitation.

    Keywords: industrial synchronous generator, transient electromechanical mode, software, automatic excitation controller, parallel operation, separate operation, loss of excitation, asynchronous operation.

    References

    1. Meleshkin G.A., Merkuryev G.V. Ustoychivost energosistem [Stability of power systems]. Monograph. Book 1. S.Peterburg: Center for training of energy personnel, 2006. 369 p. (In Russian)

    2. Zhdanov P.S. Voprosy ustoychivosti energeticheskikh sistem [Questions of stability of power systems] / Ed. L.A. Zhukov. Moscow: Energy, 1979. 456 p. (In Russian)

    3. Kimbark E. Sinkhronnye mashiny i ustoychivost elektricheskikh system [Synchronous machines and stability of electrical systems]. Moscow; Leningrad: Gosenergoizdat, 1960. 392 p. (In Russian)

    4. Kovach K.P., Raz J. Perekhodnye protsessy v mashinakh peremennogo toka [Transients in AC machines]. Moscow;

    Leningrad: Gosenergoizdat, 1963, 744 p. (In Russian)

    5. Kazovsky E.Y. Perekhodnye protsessy v mashinakh peremennogo toka [Transients in electric machines AC]. Moscow; Leningrad: Publishing House of the USSR Academy of Sciences, 1962. 625 p. (In Russian)

    6. Kothari D.P., Nagrath I.J. Power System Engineering. Second Edition. New Delhi: Tata McGraw-Hill Publishing Company Limited, 2008.

    7. Xiufeng Shi, Shiguang Mu / Research on Measures to Improve Stability of the Power System. Applied Mechanics and Materials, vol. 742 (2015)? pp. 648-652.

    8. 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.

    9. Xiufeng Shi, Shiguang Mu. Research on Measures to Improve Stability of the Power System. Applied Mechanics and Materials, vol. 742 (2015), pp. 648-652.

    10. Satheesh, A. Maintaining Power System Stability with Facts Controller using Bees Algorithm and NN. Journal of Theoretical and Applied Information Technology. 10th March 2013, vol. 49 Issue 1, pp. 38-47.

    11. 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.

    12. Boudour Mohamed, Hellal Abdelhafid. Power System Dynamic Security Mapping Using Synchronizing and Damping Torques Technique. The Arabian Journal for Science and Engineering, 2005, vol. 30, number 1B.

    13. 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 року, vol. 63 Issue 1, pp. 85-91.

    14. Rui Zhang, Yan Xu, Zhao Yang Dong, Kit Po Wong. 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-го, vol. 9, Iss. 3, pp. 296-305.

    15. Welhazi Yosra, Tawfik Guesmi, Imen Ben Jaoued, Hsan Hadj Abdallah. Power System Stability Enhancement Using FACTS Controllers in Multimachine Power Systems. J. Electrical Systems, 10-3 (2014): pp. 276-291.

    ЕЛЕКТРО- І ТЕПЛОЕНЕРГЕТИКА

    16. Akagi Hirofumi, Takahashi Kenji, Kobayashi Toshiaki, Sugihara Hiroaki, Kai Takaaki / Analysis of an Adjustable Speed ​​Rotary Condenser for Power System Stabilization. Electrical Engineering in Japan, vol. 133, no. 1, 2000..

    17. Varganova A.V. Algorithm of intra-station optimization of the operating modes of boiler units and turbogenerators at industrial power plants. Promyshlennaya energetika [Industrial power engineering], 2018, no. 1, pp. 17-22. (In Russian)

    18. 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.

    19. Shevchenko A.F. Construction and Design Features of Permanent Magnet electric Motors for General Industrial Purposes / Shevchenko A.F., Pristup A.G., Novokreshchenov O.I., Toporkov D.M., Korneev V.V. Russian Electrical Engineering, 2014 року, vol. 85. no. 12, pp. 748751.

    20. 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. ProcediaEngineering. 2015-го, vol. 129, pp. 951-955.

    21. Karandaev A.S., Khramshin V.R., Evdokimov S.A., Kondrashova Yu.N., Karandaeva O.I. Methodology 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 року, pp. 1-б.

    22. 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 Series. "International Conference on Mechanical Engineering, Automation and Control Systems 2015 року, MEACS 2015». 201б. pp. 01205б.

    23. Nikolaev N.A., Bulanov O.V., Malafeev A.V., Kondrashova Yu.N., Tarasov V.M. Qualification regulating rectification effect for load-defined division parameters established modes of power supply systems of industrial enterprises. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Elektromekhanika. [Proceedings of the higher educational institutions. Electromechanics], 2011, no. 4, pp. 115-118. (In Rus-

    Газизова O.B., Соколов А.П., Патшін H.Т., Кондрашова ЮЛ. Аналіз допустимості режиму втрати збудження синхронного генератора в умовах промислової системи електропостачання складної конфігурації // Електротехнічні системи і комплекси. 2019. № 2 (43). С. 12-18. https://doi.org/l0.l8503/23ll-8З18-2019-2(4З)-12-18

    sian)

    24. Zaslavets B.I., Igumenschev V.A., Nikolaev N.A., Malafeev A.V., Bulanova O.V., Rotanova Yu.N., Panova E.A. Comprehensive evaluation of current and for the remote-shield networks 110-220 kV in terms of energy Magnitogorsk node. Vestnik Yuzhno-Uralskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Energetika. [Bulletin of South Ural State University. Series: Energy], 2011, no. 15, pp. 14-21. (In Russian)

    25. Malafeev A.V., Bulanova O.V., Rotanova Yu.N. Research of dynamical stability of industrial power systems with own power stations at separation from the electric system in the result of short-circuit failure. Vestnik Yuzhno-Uralskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Kompyuternye tekhnologii, upravlenie, radioelektronika [Bulletin of the South Ural State University. Series "Computer Technologies, Automatic Control & Radioelectronics "], 2008, no. 17 (117), pp. 72-74. (In Russian)

    26. Bulanova O.V., Malafeev A.V., Rotanova Yu.N., Tarasov V.M. Analysis of transient modes of power supply systems of industrial enterprises having in its composition objects small energy. Promyshlennaya energetika [Industrial Power Engineering] 2010, no. 4, pp. 22-28. (In Russian)

    27. Kondrashova Yu.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. Procedia Engineering 2015 року, vol. 128, pp. 759-763.

    28. Gazizova O.V., Malafeyev A.V., Kondrashova Yu.N. Determination of limit mode parameters to ensure successful resynchronization of distributed generation units at iron and steel works. Vestnik Yuzhno-Uralskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Energetika. [Bulletin of South Ural State University. Series "Power Engineering"], 2016, vol. 16, no. 4, pp. 12-22. (In Russian)

    29. Gazizova O.V., Kondrashova Yu.N., Malafeyev A.V. Increase of Effective Management of Modes of Electric Power Plants Due to Forecasting of Static and Dynamic Stability at Change of Network Configuration. Elektrotekhnicheskie sistemy i kompleksy [Electrotechnical Systems and Complexes], 2016, no. 3 (32), pp. 27-38. (In Russian)

    30. Malafeev A.V., Bulanova O.V., Kondrashova Yu.N. The study of the influence of automatic regulators of industrial generators on the parameters of transients of short circuits and output to separate operation. Glavnyi energetic [Head power engineer], 2011, no. 3, pp. 26-29. (In Russian)

    Gazizova O.V., Sokolov A.P., Patshin N.T., Kondrashova Yu.N. Analysis of Permissibility of the Excitation Loss Mode of the Synchronous Generator in the Conditions of the Industrial Electrical Supply System. Elektrotekhnicheskie sistemy i kompleksy [Electrotechnical Systems and Complexes], 2019, no. 2 (43), pp. 12-18. (In Russian). https://doi.org/10.18503/2311-8318-2019-2(43)-12-18


    Ключові слова: ПРОМИСЛОВИЙ СИНХРОННИЙ ГЕНЕРАТОР / ПЕРЕХІДНИЙ ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНИЙ РЕЖИМ / ПРОГРАМНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ / Автоматичний РЕГУЛЯТОР ПОРУШЕННЯ / ПАРАЛЕЛЬНА РОБОТА / РОЗДІЛЬНА РОБОТА / ВТРАТА ПОРУШЕННЯ / АСИНХРОННИЙ ХІД / INDUSTRIAL SYNCHRONOUS GENERATOR / TRANSIENT ELECTROMECHANICAL MODE / SOFTWARE / AUTOMATIC EXCITATION CONTROLLER / PARALLEL OPERATION / SEPARATE OPERATION / LOSS OF EXCITATION / ASYNCHRONOUS OPERATION

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити