CC BY
28
ISSN 2521-6244 (Online) Роздш «Електроенергетика»
УДК 681.523:621.22
СИСТЕМН1 ВИМОГИ ДО ЕФЕКТИВНОСТ1 Г1ДРОЕЛЕКТРОСТАНЦ1Й
РАДЧЕНКО В. В. канд. техн. наук., доцент, доцент кафедри теплоенергетики та пдроенергетики
Запор1зько! державно! 1нженерно! академи, Запор1жжя, Укра!на, e-mail: radchvv@ukr.net;
Мета роботи. Визначення резервгв основного обладнання з погляду системно'1 рол1 г1дроелектростанц1й.
Методи до^джень. Комплексний полтредметний nidxid до анализу й визначення дтчих складових гене-рацИ та основного енергетичного обладнання.
Отримаш результати. Наведена актуальнкть i основа системних вимог до ефективностi енергетичного обладнання гiдроелектростанцiй, що дозволяють забезпечувати формування необхiдного функцюнального рiвня процесу генерацИ. Розглянутi особливостi основних компонентiв технологи перетворення i гх взаемодП. Вiдображенi впливи складових нас^зного тракту процесу генераци. Отримат характеристики ефективнос-тi перетворення в умовах системно'1 режимное мобiльностi. Показан основнi можливостi й шляхи оргатзаци ефективного енерготформацшного обмту на рiвнi гiдрогенератора. Запропоноваш шляхи пiдвищення ефекти-вностi роботи дтчого обладнання гiдроелектростанцiй.
Наукова новизна. Запропоновано полтредметну конкретизацiю системного пiдходу для визначення резер-вiв обладнання та пiдвищення ефективностi генераци, що дозволяе визначити динамiчнi складовi генераци та критери ефективностi дтчого обладнання гiдроелектростанцiй.
Практична цштсть. Визначено системн вимоги до нас^зного тракту енергетичних перетворень та пiдвищення ефективностi генераци основного обладнання гiдроелектростанцiй за його системно'1 ролi.
Ключовi слова: Ядроенергетика; резерв потужностей; динамка Ядроагрегату; Ядрогенератор; ефектившсть.
I. ВСТУП
Пдроенергетика мае особливу й важливу систе-мну роль в формувант збалансовано! нацюнально! енергетично! сфери та надае можливосп оперативного реагування на змшу И режим1в.
Нацюнальт пдроенергетичт системи досить потужн й важлив1 техшчш об'екти, втшюють не тшь-ки складш, багатоступенев1 енергетичт перетворення. Вони виршують ще й низку пдротехтчних, кль матичних та еколопчних проблем, в тому числ1 й ре-пональних. Тому до тдвищення !х показнишв увага не випадкова.
Системна роль вичизняно! пдроенергетики, ви-значена у вигляд1 динашчного резерву потужностей енергетично! системи, обумовлюе шдвищенш вимоги до поточних техшчних характеристик обладнання, в тому числ1 динам1чних, та ефективносп його викори-стання.
Можлив1сть роботи Дшпровсько! пдроелектро-станци (ПЕС) у компенсацшному й тковому режимах та майже хвилинна готовшсть пдроагрегалв, забезпе-чуе не тшьки стабшьшсть системну, але й пом1рне фшансове навантаження споживач1в вщносно ткових системних процеав.
Саме тому ефектившсть роботи енергетичного обладнання суттево залежить ввд врахування основ-них системних складових, важливих з погляду сучас-них вимог до реал1зацп технолопчних процеав генераци ПЕС.
© Радченко В.В., 2018
DOI 10.15588/1607-6761-2018-3-3
II. АНАЛ1З ДОСЛ1ДЖЕНЬ I ПУБЛ1КАЦ1Й
ПЕС та !х енергетичне обладнання за ознаками повною м1рою вщповвдають техтщ великих складних систем [1], що вимагае ввдповщно! детал1зацп системних шдход1в до анал1зу ефективносл та побудови складових процеав генераци. Тому необхвдною й своечасною е увага практично до вах ланок процесу енергетичних перетворень з погляду !х ефективно! реал1зацп, [2]. Основними елементами зазначено! ланки на р1вш пдроагрегалв ПЕС е пдротурбша та гидрогенератор.
Схеми замщення пдрогенератор1в з електрич-ним екывалентом мехатчно! потужносп певною мь рою сприяють ушфжацп методик та алгорштшв до-слвджень за основними принципами системносп [3], однак вони не детал1зують робочих складових технолопчних процеав, особисто ПЕС. Разом з тим, необ-хвдно враховувати особливосп й базов1 принципи побудови та властивосп електромехатчних перетво-рювач1в ПЕС, [4].
Пдромехашчш енергетичт перетворювач1 - ту-рбши розраховат розробниками переважно на стабь льн режими навантажень, що забезпечують !х досить високу ефектившсть, [5], [6]. Однак дат динашчно! ефективносп пдравл1чних турбш, ввдповщт сучаснш системнш рол1 пдроенергетики, практично вщсутш.
Р1вень та яшсть шформацшного забезпечення процеав керування [7], [8] теж досить суттево впли-вае на ефектившсть генераци. Особливо важливо це за умов режимно! реал1заци зазначеного мобшьного
ISSN 2521-6244 (Online) Роздш «Електроенергетика»
резерву потужностей агрегатами ГЕС.
Тому актуальним та своечасним е напрям досль джень ефективностi первинних перетворювачiв енер-rii ГЕС за деталiзованим системним тдходом. Це ва-жливо також з погляду можливостей практично! мо-дершзацп енергетичного обладнання ГЕС з погляду сучасних системних вимог.
III. МЕТА РОБОТИ
Метою роботи е визначення поточних резервiв та шляхiв пвдвищення ефективностi основного обладнання ГЕС з погляду його сучасно! системно! ролi -мобшьного резерву потужностей нацiонально! енер-гетично! системи.
IV. ВИКЛАДЕННЯ ОСНОВНОГУ МАТЕРИАЛУ I АНАЛ1З ОТРИМАННИХ РЕЗУЛЬТАТА
У якосп базового об'екта дослвджень обрана Дншровська ГЕС. Для цього е щонайменше дек1лько вагомих причин. Це одна з найперших та найпотуж-нiших вiтчизняних ГЕС, реалiзованих за системним планом державно! електрифжацй. З початку !! побу-дови минуло вже майже 90 рошв. Це досить поважний вiк для тако! потужно! гiдротехнiчно! споруди, зва-жаючи на те, що встановлеш потужностi за цей час теж суттево змiнилися ввд 640 до 1500 МВт. Тому й увага до не! щдвищена.
З шшого боку, проведенi добудови й модершза-цй' за зазначений час, що фактично подво!ли встанов-лену потужшсть обладнання, суттево щдвищили зага-льне технолопчне навантаження. Змiнилась також i системна роль гiдроенергетики, що теж суттево впли-вае на експлуатацшш режими обладнання. Однак, навiть змша системно! ролi теж фактично не врахова-на в повнiй мiрi, що загалом не сприяе ефективнш генерацп ГЕС - досить коштовних енергетичних об'ектiв, що забезпечують найнижчу вартiсть пiково! енергй.
Слiд зазначити, що £вропа, не маючи таких можливостей, вимушено забезпечуе пiковi потреби ви-користанням дорогих газотурбшних станцiй, з досить низьким загальним ККД, близько 25% та функциональною готовнiстю приблизно 10 хв., що суттево пвд-вищуе вартють пiково! енергй. Тому проблема по-криття пiкових навантажень в сучаснш енергетицi досить загострена.
Однак, саме така робота обладнання ГЕС, в якос-тi динамiчного резерву системи, мае наслвдком тд-вищенi навантаження та втрати перехвдних процесiв, з якими неможливо не рахуватися, зважаючи на статистику зростання робочих циктв агрегатiв, притаманну зазначенiй вище ролi.
Узагальнена технологiчна схема первинного енергетичного перетворювача ГЕС - гидроагрегата наведена на рис. 1. Вона мютить регулятори процесу та основнi дiючi впливи [2].
Така модель дозволяе системно розглядати дiючi
впливи технологiчного процесу гидроагрегату. Реаль зуе комплексний пвдхщ до аналiзу й визначення по-трiбних складових, що дозволяе провести аналiз на-скрiзного технологiчного тракту перетворення енергй ГЕС [9].
Важливим е те, що наскрiзний технолопчний тракт ГЕС практично реалiзуе складну схему енергетичних перетворень, що послвдовно включае пдравль чну, мехашчну та електричну складовi: Г ^ М ^ Е. Кожна зi складових мае сво! технологiчнi обмеження.
Г — nomiK гiдравлiчний; М — nomiK Mexani4nuü; Е — nomiK електрич-ний; РН — регулятор напруги; РШ — регулятор швидкoсmi.
Рисунок 1. Узагальнена перетворювача ГЕС.
технолопчна
модель
Запропонований пвдх1д дозволив визначити ю-нуючий стан й шляхи тдвищення ефективносл ГЕС дефщит мобшьних потужностей яких досить гостро ввдчуваеться в енергетичнш система Для цього з'ясовано наступне:
- витрати активно! електрично! енергй на збу-дження пдрогенератор1в разом складають 3,71% в1д загальних обсяпв вироблено! енергй;
- витрати енергй гидрогенераторами в режим1 синхронно! компенсацп становлять 2,44% ввд обсяпв вироблення активно! енергй за рщ
- власш потреби станцп складають 3,14% в1д обсяпв видано! енергй;
- втрати на шинах розподшьчого пристрою становлять 3,97%;
- р1вень ефективносп гидроагрегата суттево за-лежить в1д навантаження, так на р1вш 50%, ККД зме-ншуеться на 22%;
- витрати енергй в режим1 синхронно! компенсацп становлять 5%, що майже вдв1ч1 менше витрат холостого ходу, яш для кожного пдроагрегату Дшпров-сько! ГЕС р1внозначш втратам 7,2 Мвт. год. на р1к;
- втрати генераци суттево зростають при ввдхи-ленш потужносп гидроагрегата понад 5%;
- втрати на перехвдних режимах, що становлять до 60 сек. переважно пов'язаш з проточним трактом.;
- характеристики гидроагрегата нелшшш, суттево залежить в1д навантаження, ККД на р1вш 50% змен-
!8БК 2521-6244 (ОпНпе) Роздiл «Електроенергетика»
шуеться з 92% до 70%;
- витрати неробочого ходу складають 10% протоку ^зь турбiну для кожного пдроагрегату;
Слiд зазначити - витрати первинного джерела енерги мають тенденцда переважного впливу на ефе-ктившсть гiдроагрегату. Тодi загальний ККД ГЕС становить щонайменше 95, 12%. Однак його характеристика суттево нелшшна (рис. 2).
KE = G/P,
(1)
Рисунок 2. Змша ККД ГЕС за навантаженням.
Слщ зазначити, що наведенi значення вщобра-жають переважно статичнi чинники ефективност в роботi гiдроенергетичного обладнання. При цьому iснують певнi технологiчнi, техшчш резерви й мож-ливостi полшшення якiсних характеристик. Проте, на практищ найчастiше такi полiпшення досягаються цшою невиправданого технiчного ускладнення обладнання, явно! функцюнально! надмiрностi й несшвро-змiрно! витрати енергоносiя. Це, у свою чергу, спри-чиняе масу техшчних, екологiчних i соцiальних проблем, безпосередньо впливае на ефектившсть проце-сiв та обладнання ГЕС.
Основним чинником, суттево стримуючим роз-виток сучасно! енергетики е виражеш умови И еколо-гiчностi. Поширене рiшення вказано! проблеми тальки засобами енергозбереження, точнiше обмеження ене-рго використання без ютотного пiдвищення ефектив-ност процесiв первинного перетворення енерги на сучасному еташ технiчного прогресу практично не-можливе. Тiльки комплексш рiшення здатнi вирiшити таку важливу й нагальну проблему пiдвищення вщда-чi енергетики, а також зняти багато iснуючих техшч-них i екологiчних обмежень.
Однак iснуючi динамiчнi складовi перехiдних процесiв суттево знижують ефективнiсть роботи пер-винних енергетичних перетворювачiв ГЕС. Слiд вра-ховувати, що число робочих циклiв обладнання ГЕС протягом останнiх рокiв мае стшку тенденцiю зрос-тання. Так пдроагрегати Дшпровсько! ГЕС за останш роки подолали вiдмiтку 5000 робочих циктв на рiк й досить швидко наближаються до значень, що перева-жають 8000 циклiв. Це означае, що час стало! роботи агрегату, для яко! визначено й нормовано практично вс робочi характеристики обладнання, неупинно ско-рочуеться, а динамiчна складова зростае.
Критерiй ефективност процесу пдроенергетич-ного перетворення в загальному виглядi
де О - первинний ресурс перетворений в елект-ричну складову; Р - енергетичний ресурс проточного тракту пдроагрегату.
Таким чином можливо ощнити загальну ефекти-внiсть не тшьки наскрiзного тракту перетворення енерги, але й пдроенергетичного перетворювача. Проте в даному випадку юнуе проблема точностi облiку важ-ливо! складово! - ресурсу проточного тракту.
Ефектившсть пдроенергетично! системи на при-кладi основно! функцюнально! одиницi - пдроагрега-ту, визначаеться щонайменше трьома основними гру-пами складових: гiдравлiчними, механiчними й елект-ричними, що природно випкае з схеми технолопчно-го процесу ГЕС. Саме !х поеднання забезпечуе загальний рiвень функцiональностi i ефективностi.
N
M
RE = X Gi + X Mk + х ,
(2)
i=0
k =0
l=0
де О!, Мк, Е[ - вщповщно гiдравлiчнi, механiчнi й електричш дiючi складовi ефективностi.
Системнi вимоги до ефективност гiдроагрегатiв мають й динамiчний аспект. Динамiчнi складовi перь одично! ди, позначаються переважно на перехщних процесах i змiнах робочих режимiв
=^+М+ЛЕ. (3)
м л л л
1х iнтегровану дiю можливо представити як
¡П ¡П ¡П
RД = 1 GД + 1 МД + 1ЕД > (4)
0 0 0
де Од, Мд, Ед - динамiчнi складовi перехiдного процесу гiдроагрегату.
Проте даш по динамiчним складовим ефективно-ст гiдроенергетичних перетворювачiв практично вщ-сутш. Тому важливо визначати системний вплив окремих груп фiзичних чинникiв.
Важливу роль в ефективносп гiдроагрегату вщь грають характеристики регуляторiв: РН та РШ. Робо-чу основу вказаних регуляторiв складають технiчнi засоби цифрово! обробки сигналiв, [10] - [12] а також якють iнформацiйного забезпечення технологiчного процесу генераци.
Для багатовимiрного енергетичного об'екту, яким за своею техшчною суттю е гiдроагрегат, об'ед-наний умовами режимно! едностi технолопчного процесу, структурно-функцiональний опис можливо представити в наступному виглядi:
и а = Х а 1 а + G и/
Р = Ма0
(5)
Перше матрично-векторне операторне рiвняння
¡ББМ 1607-6761 (РпП) «ЕЛЕКТРОТЕХН1КА ТА ЕЛЕКТРОЕНЕРГЕТИКА» № 3 (2018)
188М 2521-6244 (ОпНпе) Роздш «Електроенергетика»
безпосередньо ввдображае процес формування р1вня основного електричного параметра пдрогенератора -його напруги иа. Воно включае взаемодш ф1зичних параметр1в машини 1 управлшня збудженням, де множина в фактично ввдображае шформацшну скла-дову змши напруги пдрогенератора.
Друге, з наведених р1внянь, ф1зично ввдображае загальну потужшсть генераци через дш пдромехаш-чно! частини агрегату з регулятором швидкосп, що забезпечуе другий важливий системний параметр -частоту f, та реал1зуеться балансним методом енерго-шформацшного обмшу пдроагрегату. Тод1 чинник шформацшний е ввдображенням
G: T х u ^ I.
(6)
V = р0л[2^~к ,
( 7)
де ф0 - коефщент швидкосп та втрати натиску. При цьому юнуе об'емна рухливють рщкого се-редовища на р1вш елементарних часток потоку, модель якого можливо представити у вигляд! рис. 3.
дих + диг дг дх
1 ( ди 9 =-
2
у + дих дх ду
Л
( 8)
Наведет залежносп вщображають пдроенерге-тичт процеси м1кро й макрор1вшв. У загальних енер-гетичних характеристиках процеав вони найчастше штегруються й усереднюються, але впливають на загальну ефектившсть процесу.
Канал генераци енергн гидроагрегатом пов'язуе м1ж собою дв1 р1знор1дн1 пружн системи пдравл1чну й електричну (рис. 4). Представлення наскр1зного каналу перетворення енерги гидроагрегатом у вигляд! пружно! пдроелектродинам1чно! модел! дозволяе роз-глянути едшсть вплив1в р1знор1дних стихш. При цьому обидв1 системи можуть бути представлен! екыва-лентними пружними елементами з певними характеристиками.
При цьому виникае ряд практичних питань про те, що саме представляе така шформащя, якою мае бути 1 в якому вигляд! необхвдна, а також як вона по-значаеться на структурах 1 характеристиках вщповвд-них систем, [13], [14]. Очевидно, що дшч1 кшьшсш тдходи не вщповвдають умовам системного шформа-цшного забезпечення й не сприяють ефективносп генераци ПЕС. Продуктивним шляхом системних рь шень в шформацшнш технолопчнш царит мають бути зшстовт складов! процеав, [17].
Основним чинником перетворення шнетично! енерг!! р!дини е !! швидшсть [5]. Механ!ка р!дини ви-значае швидшсть потоку на основ! формули Тор!челл!
Рисунок 4. До анал!зу вплив!в каналу перетворення енерг!!.
Елемент в в!дпов!дае властивостям г!дравл!чно! складово! процесу з !! обмеженнями, а елемент Е -в!дпов!дно електрично! складово!. Такий п!дх!д дозволяе поеднати технолопчш складов! процесу генераци та врахувати д!юч! властивосп й обмеження. Це також може бути основою теоретично! модел! взаем-них вплив!в середовищ (рис. 5).
а) одиничний об'ем; б) складовi нерiвномiрносmi й деформацп
Рисунок 3. Узагальнена модель руху редкого середовища.
Наведена об'емна модель ввдображае характер руху окремих часток потоку рвдини в час!. Кожна мала частинка рщини при рус! зм!нюе не пльки свое в!дносне положення, але й форму. Змша форми безпосередньо пов'язана з тим, що швидкосп в р!зних точках частинки р!зн! за величиною та напрямом. Вь дпов!дн! кутов! деформац!! за координатами мають вигляд:
Рисунок 5. Основа пдро електродинам!чно! модел!.
Наведена модель дозволяе системно розглядати роботу пдроагрегату з урахуванням фактичних впли-в!в двох метасистем: пдравл!чно! й електрично!, що пов'язують наскр!зний попк перетворено! енерг!!. То-д динам!чна складова г!дроагрегату мае вигляд
N К
йМГА = X М0г + X АМЕ
г=0 }=0
}
(9)
Р!вняння обертання валу гидроагрегату мае ви-
гляд
3 = МГ + МЕЛ д?
( 10)
де I - момент !нерц!! ротора, ю - частота обертання, МЕЛ - електричний момент ротора гидрогенератора, МП - г!дравл!чний момент турбши.
Таким чином, в робочому стан!, на вал пдроагре-
¡ББМ 1607-6761 (РпП) «ЕЛЕКТРОТЕХН1КА ТА ЕЛЕКТРОЕНЕРГЕТИКА» № 3 (2018)
2521-6244 (ОпНпе) Роздш «Електроенергетика»
гату дiють двi основних активних складових моменту, спрямованi протилежно: гiдромеханiчна й електроме-ханiчна (рис. 6).
7 д+ вд0 +Мс о = Мг
к дг2
дг
(11)
рвдини при цьому не рухаються по стабiльних траек-торiях, а змiнюються у просторi та часi, потiк стохас-тично пульсуе й об'емно перемiшуеться.
При перехвдних процесах, нерозрахункових режимах i iнших нештатних ситуацiях у вщсмоктуючш трубi за певних умов можливо виникнення турбулентного вихрового, або кавггацшного джгута (рис. 7).
1 — турбша, 2 — гiдрогенератор, 3 — вал гiдроагрегату.
Рисунок 6. Схема взаемоди активних складових
пдроенергетичного процесу.
Проте на практищ наведеш складовi досить часто е поточною множиною дшчих зусиль {Мт} = {Мг}.
Слад зазначити, що компонентами багатьох скла-дових зазначених множин е величини переважно змiннi. При цьому, iснуючi штегральш подходи до оцiнки вказаних впливiв на достатньому рiвнi ввдо-бражають !х усередненi значення, але не в змозi за-безпечити об'ективш данi про поточнi змiни. Тому основш динамiчнi чинники iстотних складових мо-жуть i мають видмтися й розглядатися як самостiйнi складовi вказаних процесiв.
Рiвняння руху ротора агрегату можна записати у виглядг
Рисунок 7. Загальна джгута.
схема формування вихрового
де 9 - кут навантаження; МС - питомий синхро-нiзуючий момент.
В свою чергу, це е рiвняння гармонiйного осци-лятора з власною частотою та добротшстю. Наслвд-ком е те, що пвд дiею збурюючого моменту, синхронна машина здшснюе синхронш гойдання. При цьому змiнюеться кут 9. Ввдповвдно змiнюються електрич-ний момент i потужнiсть генератора. Частота синхро-нних гойдань гiдрогенератора знаходиться в дiапазонi 0,5 - 3 Гц. Однак, на них впливають ще й коливання проточно! частини гидроагрегату.
Впливають також iстотнi постшш часу П1Д-регулятора швидкостi турбши. Вони також вносять вагомий внесок за контуром управлшня в коливальну складову роботи агрегату, девiацiю й поточш втрати потужностi, а також ютотно знижують загальний рь вень його динашчно! ефективностi. Крiм того, важли-вою причиною турбулентних пульсацш потоку е не-стiйкiсть руху рвдини.
При критичних параметрах потоку, визначува-них числом Рейнольдса, випадковi хвилi збурень в рiдинi не затухають, а навпаки посилюються. При цьому вщбуваеться як1сна змiна структури потоку й характеру його руху. 1з стацiонарного, ламiнарного руху, попк переходить в турбулентний. Частинки
Так, в пдротурбш ввдбуваеться унiкальне поед-нання рiзнорiдних чинник1в впливу, у тому чи^ i перерахованих механiзмiв нестiйкостi. Течiя вщбува-еться не тшьки за великих чисел Рейнольдса, але й на податливш, вiбруючiй поверхнi, в умовах замкнутих об'емiв у виглядi довгих водоводiв, яш можуть бути своервдними резонаторами хвиль збурення.
Так може з'являтися стшка система стоячих хвиль. За певних умов щ хвилi здатнi збуджуватися в робочому процесi гидроагрегату, i накопичувати досить значну енергш. Тодi в системi водовiд - пдроаг-регат можуть виникати автоколивання. Враховуючи, що на власнi форми коливання ввдчутно впливае iм-педанс водяного стовпа, залежний вiд швидкосл звуку у вiдсасуючiй труб^ це викликае вiбрацiю, кавгга-цш й пдроудари в проточнiй частиш.
У натурних турбiн в деяких робочих зонах з'яв-ляються пульсацп тиску проточно! частини, знижу-еться ККД. Спостериаеться також значне гойдання потужносп гiдроагрегату. В результатi цього зменшу-еться регулювальний дiапазон, гидроагрегат не може вийти на проектну потужнiсть.
Гiдрогенератор в енергосистемi поводиться як гармоншний осцилятор. У частотному дiапазонi 0, 5 -3 Гц у нього фактично юнуе пологий низькодоброт-ний резонанс. Це означае, що пдроагрегат досить чу-тливий до коливань обертового моменту, залежного вiд пульсацiй тиску у водовода При цьому коливання моменту, у свою чергу, приводять до коливань кута навантаження гидрогенератора в енергосистемi з амп-лiтудою:
М г I 7
В V кт.
(12)
Таким чином юнуюча вагома нестабшьшсть пд-
ISSN 1607-6761 (Print) ISSN 2521-6244 (Online)
«ЕЛЕКТРОТЕХН1КА ТА ЕЛЕКТРОЕНЕРГЕТИКА» № 3 (2018) Роздш «Електроенергетика»
ромехашчного тракту перетворення енерги вщбива-еться на робоп й ефективносп пдроагрегату в цшому. Цьому сприяе й динашка електромеханiчноï частини енергетичного перетворювача, обумовлена ïï шерцш-нiстю, [15].
ШД-регулятор системи збудження в колi зворо-тного зв'язку пвдвищуе ступiнь шерцшносп системи керування напруги, що суттево знижуе стiйкiсть та динамiчнi якосп первинного перетворювача енергiï ГЕС. Загальний пiдхiд до управлiння робочим проце-сом гiдроагрегату становить:
або
Pm - Pe = Pa
Pm - Pe = 2H — ■ J , dt
(13)
де Ре - електричний момент; Pm - мехашчний момент валу ротора; Ра - прискорююча потужнiсть; œ - кутова швидк1сть; Н - постшна часу шерци; J - момент шерци.
Pe(fo) =
Uf ■Ue
г(в)+
xd (f°)+ X
U AXd (fü)- Xq (fu)
_i_a s
Xq (fu)+ xe ]
<2-в)
(14)
де: Uf - напруга збудження; UM - напруга мереж1; 9 - кут навантаження; xd - синхронний iндуктивний отр за подовжньою вiссю; xq - синхронний iндуктив-ний опiр поперечноï вiсi; хе - зовнiшнiй шдуктивний опiр; f - частота коливань.
З рiвняння виходить, що електричний момент Ре пропорцшний напрузi збудження Uf. Таким чином, можливо регулювати електричний момент, пропор-цiйно змшюючи напругу збудження, а механiчний -швидшстю обертання. Проте умови шерцшносп ре-гуляторiв при цьому досить часто мають критичне значення. Розроблений комплексний полiпредметний пiдхiд [16], [18] до реалiзацiï технологiчного процесу пвдвищуе ефективнiсть генераци ГЕС. Такий шдхвд дозволяе шляхом модернiзацiï системи збудження (СЗ) гидрогенератора на основi системно розроблених ршень уникнути iнерцiйностi, перерегулювання й ввдповвдно коливань в переходному процесi вщнов-лення напруги пдрогенератора (рис. 8). Модершзащя системи збудження пдрогенератора полягае в замш П1Д-регулятора на нешерцшний, що забезпечуе ви-ключення iнерцiйностi кола зворотного зв'язку, що знижуе порядок системи керування й пвдвищуе дина-мiчну ефектившсть генераци. Зростае стшшсть системи регулювання, розширюються можливостi фор-сування збудження, перех1дний процес ввдновлення напруги суттево скорочуеться.
Tj — час вiдновлення за терцшног СЗ; Т2 — eidcymnicmb inep^ünocmi
СЗ.
Рисунок 8. Характеристика вщновлення напруги.
Попередню оцшку динашчних втрат генерацiï первинним енергетичним обладнанням Днiпровськоï ГЕС можливо визначити наступним чином. Сумарна постiйна шерци гiдроагрегата складае в середньому 8 сек. Тодi втрати потужностi перехщного процесу гидрогенератора можливо оцшити як
и = 0,4 UCT = 5,52 кВ ,AP = 0,2 ■ 80 = J6МВт
Втрати генераци агрегата за рш
AW = AP ■ t = J6 ■ 8/60 ■ 8 000 = J7 066Мвт ■ г
Визначеш характеристики й одержат параметри переходного процесу переконливо доводять необхвд-шсть суттевого зниження динамiчних втрат перехщ-ного процесу за рахунок його оптимально!' реалiзацiï, що переважно досягаеться ввдсутшстю iнерцiйностi та достатнiм рiвнем енерго iнформацiйного обмiну кола збудження пдрогенератора. Наведет дат вщобра-жають продуктивнiсть полiпредметного подходу та окремих його проекцш до шдвищення ефективносп гвдроенергетичних процесiв генерацiï ГЕС та в фор-муваннi досить високого енергошформацшного поте-нцiалу впливiв, безпосередньо залежного вод реал1за-цiï первинних перетворювачiв контрольованих проце-сiв.
V. ВИСНОВКИ
1. Системш вимоги до ефективносп енергетичного обладнання ГЕС дозволяють виявляти наскрiзнi технологiчнi резерви й шляхи забезпечення необхщ-ного функцюнального рiвня.
2. Властивостi зворотного зв'язку в пдроенерге-тичних перетворювачах мають переважаючий вплив на 1х динамiчнi показники ефективностi.
3. Сути втрати припадають на долю проточного тракту та регуляторiв, що мають досить низьш ди-нашчш властивостi.
4. Втрати перехвдних режимiв безпосередньо пов'язанi з пдро електродинамшою робочих процесiв.
5. Динамiчнi складовi процесiв суттево визнача-ють ефектившсть роботи пдроагрегапв ГЕС.
СПИСОК Л1ТЕРАТУРИ
[1] Честнат, Г. Техника больших систем [Текст] / Г.
Честнат. - М.: Энергия, 1969. - 656 с.
+
ISSN 2521-6244 (Online) Роздш «Електроенергетика»
[2] Клишевич, Г. В. Энергопроцесс гидроэнергетических установок [Текст] / Г. В. Клишевич. - Л.: Энергия, 1969. - 164 с.
[3] Китаев, А. В. Схемы замещения электрических машин [Текст] / А. В. Китаев, В. Л. Агбомасу, В. И. Глухова // Електротехшка та електроенергетика. - 2013. - № 2. - С. 14-26. DOI: doi:http://dx.doi.org/10.15588/1607-6761-2013-2-2
[4] Осин, И. Л., Электрические машины: Синхронные машины. [Текст] / И. Л. Осин, Ю. Г. Шакарян. -М.: Высшая школа, 1990. - 304 с.
[5] Емцев, Б. Т. Техническая гидромеханика [Текст] / Б. Т. Емцев. - М.: Машиностроение, 1987. - 460 с.
[6] Барлит, В. В. Гидравлические турбины [Текст] / В. В. Барлит. - К.: Вища школа, 1977. - 360 с.
[7] Beus, Н. L. The use of information in sorting [Text] / Н. L. Beus // J. ACM. - 1970. - Vol. 17 - No 3. -P.17-20.
[8] Hellerman L. A measure of computational work [Text] / L. Hellerman // IEEE Trans. - 1972. - Vol. 21 - No 5 - P. 439-446.
[9] Пожуев, В. I. Визначення ефективносп юнуючих пдроенергетичних систем [Текст] / В. I. Пожуев, В. В. Радченко, Ф. П. Шкрабець, В. Г. Кучер, В. П. Кобець // Електротехшка та електроенергетика - 2013. - № 2. - С. 71-76. DOI: http://dx.doi.org/10.15588/1607-6761-2013-2-10
[10] Драммонд, М. Методы оценки и измерений дискретных вычислительных систем [Текст] / М. Драммонд. - М.: Мир, 1977. - 381 с.
[11]Миронов, В. Г. Основы технологий цифровой
обработки сигналов. Ч. 1. Свойства сигналов и современные технические средства их обработки. [Текст] / В. Г. Миронов // Электричество. - 2001.
- № 3. - С. 55-65.
[12]Миронов, В. Г. Основы технологий цифровой обработки сигналов. Ч. 2. Математическое описание цифровых сигналов. [Текст] / В. Г. Миронов // Электричество. - 2001. - № 8. - С. 60-69.
[13]Палю де Ла Барьер. Р. Курс теории автоматического управления [Текст] / Р. Палю де Ла Барьер.
- М.: Машиностроение, 1973. - 396 с.
[14]Robert E. Shannon, Systems Simulation: The An and Science [Text] / E. Robert // Englewood Cliffs, N.J.: Prentice-Hall, 1975 - 420 p.
[15]Dandeno, P.L. Effects Synchronous machine modelling in large-scale system stability [Text] / P.L. Dan-deno, R.L. Hauth, R. Schulz // Trans. IEEE. - 1973. -Vol. 92. - №2. - Р. 574-582.
[16]Радченко, В. В. Щдвищення динамiчноi ефективносп системи збудження пдрогенератора [Текст] / В. В. Радченко // Вюник НУВГП. - 2015. - № 2 (62) - С. 262-275.
[17]Радченко, В. В. Семантика шформацшних скла-дових енергетичних процеав [Текст] / В. В. Радченко // Прнича електромехашка та автоматика. -2012. - № 89. - С. 87-91.
[18]Радченко В. В. Полшредметний аналiз ефективносп пдроагрегата ГЕС [Текст] / В. В. Радченко НТЗ Прнича електромехашка та автоматика. -2016. - № 97. - С. 112-116.
Стаття надшшла до редакцп 06.08.2018
СИСТЕМНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ЭФФЕКТИВНОСТИ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
РАДЧЕНКО В. В. канд. техн. наук, доцент, доцент кафедры теплоэнергетики и гидроэнергетики Запорожской государственной инженерной академии, Запорожье, Украина, e-mail: radchvv@ukr.net
Цель работы. Определение резервов основного оборудования с точки зрения системной роли гидроэлектростанций.
Методы исследований. A comprehensive multi-subject approach to the analysis and determination of the effective components of generation and energy equipment.
Получены результаты. Приведена актуальность и основа системных требований к эффективности энергетического оборудования гидроэлектростанций, позволяющих обеспечивать формирование необходимого функционального уровня процесса генерации. Рассмотрены особенности основных компонентов технологии преобразования и их взаимодействия. Отражены влияния составляющих сквозного тракта процесса генерации. Получены характеристики эффективности преобразования в условиях мобильности. Показаны основные возможности и пути организации эффективного энергоинформационного обмена гидрогенератора. Предложены пути повышения эффективности работы действующего оборудования гидроэлектростанций.
Научная новизна. Предложена полипредметная конкретизация системного подхода для определения резервов оборудования и повышения эффективности генерации, которая позволяет определить динамических составляющих генерации и критериев эффективности.
Практическая ценность. Определены системные требования к исследованию сквозного тракта энергетических превращений и повышения эффективности генерации основного оборудования гидроэлектростанций и его системной роли.
ISSN 2521-6244 (Online) Роздш «Електроенергетика»
Ключевые слова: гидроэнергетика; резерв мощностей; динамика гидроагрегата; гидрогенератор; эффективность.
SYSTEM REQUIREMENTS TO THE EFFICIENCY OF HYDRO ELECTRIC
POWER STATIONS
RADCHENKO V. V. Ph.D, Associate professor, Associate professor of thermal energy and hydroenergy
department of the Zaporizhzhia state engineering academy, Zaporizhzhia, Ukraine, email: radchvv@ukr.net;
Purpose. Determination of the reserves of the main equipment in terms of the systemic role of hydroelectric power stations.
Methodology. Complex poliobjecting approach to the analysis and determination of operating constituents of generation and basic energy equipment.
Findings. The urgency and the basis of the system requirements for the efficiency of the power equipment of hydroelectric power stations, which allows ensuring the formation of the necessary functional level of the generation process is proposed. The features of the main components of the transformation technology and their interaction are considered. Reflects the influence of the components of the end-to-end path of the generation process. Characteristics of the conversion efficiency in the mobility conditions are obtained. The main possibilities and ways of organizing an effective energy exchange of a hydro generator are shown. The ways of increasing the operating efficiency of the existing equipment of hydroelectric power stations are proposed.
Originality. The multi-subject requirements of the system approach is proposed for determining equipment reserves and increasing generation efficiency, which makes it possible to determine the dynamic generation components and performance criteria.
Practical value. The system requirements for studying the end-to-end path of energy transformations and increasing the efficiency of generating of basic equipment of the hydroelectric power stations and its systemic role are determined.
Keywords: hydro energy; reserve ofpowers; dynamics of hydro aggregate; hydro generator; efficiency.
REFERENCES
[1] Chestnat, G. (1969). Tehnyka bol'shyh system. Moscow: Energyja, 656.
[2] Klishevich, G. V. (1969). Energoprotsess gidroener-geticheskih ustanovok. Leningrad: Energiya, 164.
[3] Kitayev, A., Agbomassou, V., & Glukhova, V. (2013). Schemes of electric machines replacement. Electrical Engineering And Power Engineering, 2, 14-25. doi:http://dx.doi.org/10.15588/1607-6761-2013-2-2
[4] Osin, I. L., Shakaryan, Yu. G. (1990). Elektricheskie mashi-nyi. Sinhronnyie mashinyi. Moscow: Vyis-shaya shkola, 304.
[5] Emtsev, B. T. (1987). Tehnicheskaya gidromehanika. Moscow: Mashinostroenie, 460
[6] Barlit, V. V. (1977). Gidravlicheskie turbinyi. Kyiv: Vischa shkola, 360.
[7] Beus, H. L. (1970). The use of information in sorting. JACM, 17, 3.
[8] Hellerman, L. (1972). A measure of computational work. IEEE Trans, 21, 5, 439-446.
[9] Pojuev, V., Radchenko, V., Skrabets, F., Kucher, V., & Kobets, V. (2013). Definition of efficiency of existing hydropower systems. Electrical Engineering And Power Engineering, 2, 71-76. doi:http://dx.doi.org/10.15588/1607-6761-2013-2-10
[10]Drammond, M. (1977). Metodyi otsenki i izmereniy dis-kretnyih vyichislitelnyih system. Moscow: Mir, 381.
[11]Mironov, V. G. (2001). Osnovyi tehnologiy tsifrovoy obrabotki signalov. Ch. 1. Svoystva signalov i sovremennyie tehnicheskie sredstva ih obrabotki. Elektrichestvo, 3, 55-65.
[12]Mironov, V. G. (2001). Osnovyi tehnologiy tsifrovoy obrabotki signalov. Ch. 2. Matematicheskoe opisa-nie tsifrovyih signalov. Elektrichestvo, 8, 60-69.
[13]Palyu de La Barer, R. (1973). Kurs teorii av-tomatiche-skogo upravleniya. Moscow: Mashinostro-enie, 396.
[14]Shannon, Robert E. (1975). Systems Simulation: The An and Science. Englewood Cliffs, N. J.: Prentice-Hall, 4.
[15]Dandeno, P.L., Hauth, R.L., Schulz, R. (1973). Effects Synchronous machine modelling in large scale system stability. Trans. IEEE, 92, 2, 574-582.
[16]Radchenko, V. V. (2015). Pidvyshhennja dynamich-noi' efektyvnosti systemy zbudzhennja gidrogenera-tora. Visnyk NUVGP, 2 (62), 262-275.
[17]Radchenko, V. V. (2012). Semantika informatsiynih skladovih energetichnih protsesiv. Girnycha elek-tromehanlka ta avtomatika, 89, 87-91.
[18]Radchenko, V. V. (2016). Polipredmetnyj analiz efektyvnosti gidroagregata GES. Girnycha elek-tromehanlka ta avtomatika, 97, 112-116.
