CC BY
9
УДК 621.3
Ольга Викторовна Газизова
ФГБОУВО «МГТУ им. Г.И. Носова», кандидат технических наук, доцент кафедры электроснабжения промышленных предприятий, Россия, Магнитогорск, e-mail: logan_b_7@mail.ru
Влияние режимов работы заводских ТЭЦ на статическую устойчивость турбогенераторов при отделении от энергосистемы
Авторское резюме
Состояние вопроса. Основной тенденцией электроэнергетики является расширение промышленными предприятиями собственной энергетической базы. При этом выход на раздельную работу остается по-прежнему режимом, ведущим к аварийным ситуациям. Актуальность проводимых исследований подтверждается опытом эксплуатации. Происходит непрерывная реконструкция заводских ТЭЦ, мощности генераторов возрастают, и их переводят на работу в блоки генератор-трансформатор. Постоянно изменяется состав генерирующего оборудования в результате ремонтов и аварийных ситуаций, поэтому часть машин работают по электрическому графику, другая часть по тепловому. При выходе на раздельную работу некоторые машины не могут участвовать в регулировании частоты в выделившемся на работу узле. В условиях дефицита реактивной мощности может возникнуть угроза нарушения статической устойчивости. В связи с этим возникает необходимость исследований, направленных на выявление причин нарушения устойчивости промышленных СТГ, проведение вычислительных экспериментов и разработку мероприятий по снижению аварийных ситуаций.
Материалы и методы. Расчеты режимов работы заводских ТЭЦ проведены с использованием программного комплекса «КАТРАН». Для анализа статической устойчивости электростанции использован метод последовательного утяжеления, а для расчета установившихся режимов при раздельной и параллельной работе с энергосистемой - метод последовательного эквивалентирования. Результаты. Разработан алгоритм, отличающийся от существующих учетом влияния тепловой нагрузки на запас статической устойчивости турбогенераторов заводских ТЭЦ и позволяющий выбирать блоки турбина-генератор, которые будут работать на поддержание постоянства давления в паропроводе. Исследованы режимы выхода на раздельную работу с точки зрения статической устойчивости электростанции при работе всех регуляторов скорости и в случае работы одного из блоков турбина-генератор на поддержание постоянства давления в паропроводе. Показано, что при проведении ремонтов работа одной из машин по тепловой нагрузке может привести к нарушению статической устойчивости. Даны рекомендации по повышению устойчивости турбогенераторов. Выводы. Полученный алгоритм позволяет разработать мероприятия по повышению статической устойчивости турбогенераторов при раздельной работе с энергосистемой. В качестве основного мероприятия предлагается перераспределение между турбинами функций поддержания постоянства давления пара в общем паропроводе. Вычислительный эксперимент, проведенный на примере заводской ТЭЦ, показал его эффективность.
Ключевые слова: синхронный генератор, промышленная электростанция, электрическая нагрузка, тепловая нагрузка, статическая устойчивость
Olga Viktorovna Gazizova
Nosov Magnitogorsk State Technical University, Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor of Power Supply of Industrial Enterprises Department, Russia, Magnitogorsk, e-mail: logan_b_7@mail.ru
Impact of operating modes of industrial thermal power plant on steady-state stability of turbogenerators when isolated
from power system
Abstract
Background. The main trend of the electric power industry is the expansion of its own power supply sources of the industrial enterprises. At the same time, isolated operation mode remains the mode that may cause emergency conditions. The relevance of the conducted studies is confirmed by experience. Thermal power plants
© Газизова О.В., 2022
Вестник ИГЭУ, 2022, вып. 3, с. 35-44.
(TPP) are continuously reconstructed, the power of the generators is increasing, and they are transferred to operate in generator - transformer units. The generating equipment is constantly changing because of repairing, maintenance, and emergency conditions. Therefore, part of the machines operates in electrical mode, the other part operates in thermal mode. In case of isolated operation, some machines are unable to control frequency of the unit. Then, a danger of loss of static stability may occur under conditions of reactive power deficiency. In this regard, the research to define the reasons of the loss of static stability of industrial STG, to conduct computational experiments and to develop activities to reduce emergency situations is relevant. Materials and methods. Calculation of the operating modes of industrial thermal power plant has been carried out using the KATRAN software package. A consistent weighting method is used to analyze the static stability of the power plant. The consistent equivalent method is applied to calculate the steady-state modes in case of isolated and parallel operation with the power system.
Results. An algorithm has been developed that differs from the existing ones as it considers the impact of the thermal load on the static stability factor of turbogenerators of industrial thermal power plants. Also, it allows you to choose turbine-generator unit that will maintain constant pressure in the steam pipeline. The modes of isolated operation have been studied in terms of static stability of the power plant when all speed control units are operating and in case that one of the turbine-generator unit operates to maintain constant pressure in the steam pipeline. The results have shown that during maintenance operation of one of the machines of thermal load can lead to loss of static stability. Recommendations to improve stability are presented. Conclusions. The obtained algorithm allows us to develop activities to increase static sustainability in case of isolated operation with the power system. The suggested key activity is to redistribute between the turbines the function to keep the steam pressure in the steam pipeline. The computational experiment conducted using the example of the industrial thermal power plant has proved its effectiveness.
Key words: Synchronous generator, industrial power plant, electrical load, thermal load, static stability
DOI: 10.17588/2072-2672.2022.3.035-044
Введение. В наши дни развитие промышленными предприятиями собственной энергетической базы является одним из основных направлений отечественной энергетики. Тип промышленных источников питания зависит от наличия первичных энергоресурсов, места установки и требуемого количества электрической и тепловой энергии. В результате в промышленных системах электроснабжения сложной конфигурации образуются электрически близко расположенные группы синхронных турбогенераторов (СТГ), которые в аварийных режимах могут выходить на раздельную работу с электроэнергетической системой. Как правило, на этапе проектирования и в процессе эксплуатации выбираются определенные точки действия делительной автоматики между электростанцией с нагрузкой и энергосистемой. Данные точки предусматривают баланс активных и реактивных мощностей, генерируемых и потребляемых в узле, что обеспечивает достаточный уровень частоты и напряжения при автономной работе. Отделение от энергосистемы в этих условиях не должно сопровождаться нарушением как статической, так и динамической устойчивости СТГ и потребителей. Однако, как показывает опыт эксплуатации реальных электростанций промышленных предприятий (ЭСПП), режим выхода на автономную ра-
боту источников распределенной генерации от энергосистемы остается аварийным и зачастую сопровождается нарушением устойчивости как СТГ, так и нагрузок промышленного предприятия (НПП). Следовательно, возникает необходимость исследований, направленных на выявление причин нарушения устойчивости промышленных СТГ, проведение вычислительных экспериментов и разработку мероприятий по снижению аварийных ситуаций, сопровождающих выход ЭСПП с НПП на раздельную с энергосистемой работу.
Исследованию вопросов анализа статической устойчивости СТГ и НПП и разработки мероприятий по ее повышению посвящено большое число трудов. Так, в работах отечественных ученых [1-4] показаны основные принципы исследования статической устойчивости, точные и упрощенные методы ее оценки, как в простых, так и сложнозамкнутых схемах. В [5-13] приведены результаты анализа подобных вопросов за рубежом. В данных трудах, прежде всего, изложены основные положения расчета статической устойчивости крупных энергосистем и способы ее повышения. В [6, 9, 11, 12] показаны основные мероприятия по увеличению статической и динамической устойчивости с помощью современных средств управления режимами работы
СТГ и линий электропередачи. Исследование [13] посвящено вопросам улучшения ресинхронизации СТГ в различных переходных режимах, сопровождающихся изменением конфигурации сети.
Исследование статической устойчивости не представляется возможным без анализа установившихся режимов, что требует корректного задания НПП статическими характеристиками с учетом изменения частоты и напряжения. Общие принципы снятия статических характеристик НПП приведены в [14-15]. Регулирующий эффект НПП может существенно отличаться от типового и определяется нагрузкой потребителей собственных нужд и близлежащих цехов.
Составлению математических моделей промышленных СТГ и НПП, а также анализу переходных и установившихся режимов посвящены работы [16-19]. В них представлен широкий диапазон задач, направленных на повышение эффективности работы заводских электростанций, и обозначены особенности промышленных систем электроснабжения.
Отдельным фактором, оказывающим существенное влияние на статическую, а также динамическую устойчивость СТГ, является работа автоматических систем регулирования возбуждения и скорости. Особенности работы систем возбуждения СТГ изложены в [12, 20, 21, 22, 23]. Влияние систем регулирования турбины на устойчивость синхронных машин при выходе на раздельную работу приведено в [24], где показан режим отказа регулятора скорости одного из СТГ и его влияние на переходный электромеханический процесс параллельно работающих машин. Данный режим представляет особый интерес, поскольку отказ указанной системы регулирования может возникнуть по разным причинам, в том числе по причине работы машины только по тепловому графику.
Однако приведенные труды не в полной мере отражают факторы, которые необходимо учесть для повышения устойчивости заводских электростанций при выходе на автономную от электроэнергетической системы работу. Повышенная аварийность подобных режимов в настоящее время обусловлена целым рядом причин. Рассмотрим основные из них:
1. Непрерывная реконструкция заводских ТЭЦ, которые были построены не-
сколько десятилетий назад. В этих условиях изменяются точки подключения и установленные мощности СТГ на различных этапах реконструкции. Как правило, установленные мощности СТГ возрастают, и их переводят на работу с шин распределительных устройств генераторного напряжения в блоки генератор-трансформатор. Очевидно, одновременно изменяется состав НПП, подключенных на шины генераторного напряжения ЭСПП. В этих условиях зачастую точки действия делительной автоматики корректируются не сразу.
2. Изменение состава генерирующего оборудования в результате наложения плановых ремонтов и аварийных отключений источников электроснабжения. Вероятность возникновения такой ситуации повышается в летние месяцы. При выходе на автономную работу возможно возникновение дефицита как по активной, так и по реактивной мощности в зависимости от характера НПП на шинах генераторного напряжения. Это может привести к нарушению динамической устойчивости непосредственно при отделении или статической устойчивости при длительной автономной работе, недопустимому снижению напряжения и частоты в узле.
3. Неправильное действие автоматических систем регулирования возбуждения и скорости СТГ. Если на раздельную работу выходит группа источников электроснабжения и хотя бы одна система регулирования отказывает, то вероятность успешного отделения существенно снижается. Эти процессы показаны в [24].
4. Невозможность прогноза точек выхода электростанции на автономную работу. При возникновении коротких замыканий на шинах электростанций сложной конфигурации срабатывает дифференциальная защита шин, при этом состав генерирующего оборудования и нагрузки может существенно изменяться. Как правило, данные точки не совпадают с точками действия делительной автоматики, поэтому место отделения электростанции от энергосистемы не всегда можно определить заранее.
5. Особенности нагрузки заводских теплоэлектроцентралей. Обычно несколько блоков турбина-генератор ТЭЦ, имеющих поперечные связи по пару и электроэнергии, работают как на тепловую, так и на электрическую нагрузки. И каждый блок турбина-генератор (БТГ) выдает одновременно не только электрическую, но и
тепловую энергию. При этом необходимо учитывать, что одна машина может работать либо только по тепловому, либо только по электрическому графику. На таких электростанциях часть машин работает по электрическому графику, другая часть по тепловому. У машин, работающих по тепловому графику, регуляторы скорости турбин могут быть переключены на поддержание давления в паропроводе или работать на постоянство выдаваемого количества пара в общий паропровод. В первом случае режим будет наиболее тяжелым, поскольку система регулирования, по сути, не связана с электрическими параметрами сети, поэтому при выходе на автономную работу создается ситуация, в которой некоторые БТГ не будут участвовать в регулировании уровня частоты, а будут выдавать определенное количество пара для поддержания заданных параметров давления в общем паропроводе. Эти машины не смогут отработать по своим статическим характеристикам, и даже в случае избытка активной мощности в узле не произойдет их разгрузки. Более того, вследствие разгрузки по активной мощности, а следовательно, и по пару других СТГ, данные БТГ начнут увеличивать подачу пара в общий паропровод и, следовательно, произойдет дополнительный рост активной мощности, выдаваемой на шины. Опасность такого режима заключается в том, что с учетом нагрузочной диаграммы в целях ограничения тока обмотки статора начнется снижение тока в обмотке возбуждения, поэтому при возникновении дефицита реактивной мощности в автономно работающей ЭСПП могут произойти нарушения статической устойчивости данных СТГ и, как следствие, нарушение устойчивости машин всего узла. Рассмотрим возможное решение указанной проблемы более подробно.
Методы исследования. В целях обеспечения устойчивой работы ЭСПП при отделении от энергосистемы необходимо учесть все изложенные факторы и разработать мероприятия по повышению статической устойчивости электростанции при отделении группы СТГ с НПП на раздельную работу. Для этого был разработан алгоритм анализа статической устойчивости с учетом распределения тепловой нагрузки при раздельной работе СТГ и электроэнергетической системы, приведенный на рис. 1.
Нет
13:_
Перераспределение тепловой нагрузки
/Вывод результатов / расчета
__ Т ___
КОНЕЦ^)
Рис. 1. Алгоритм анализа статической устойчивости с учетом тепловой нагрузки при раздельной работе
В соответствии с имеющейся структурой сети, алгоритм позволяет выявить условия, способствующие нарушению нормальной работы, и разработать совокупность мероприятий по повышению статической устойчивости СТГ при их отделении от энергосистемы. Особенностью алгоритма является учет графика работы БТГ. Если
какой-либо БТГ работает по тепловому графику и поддерживает давление в общем паропроводе, то его необходимо вводить неизменной, а иногда и возрастающей активной мощностью и в расчете учитывать, что при выходе на раздельную работу его системы регулирования скорости и активной мощности не отработают должным образом. В этом случает активная мощность, которую он будет выдавать, будет попутной и полностью зависеть от тепловой нагрузки.
Алгоритм подразумевает определение коэффициентов запаса статической устойчивости с учетом режима работы СТГ и систем регулирования возбуждения. Если запас устойчивости недостаточный, то необходимо перераспределить функции поддержания постоянства давления пара в общем паропроводе между двумя-тремя БТГ и произвести пересчет. Преимущество имеют генераторы, работающие по схеме блок генератор-трансформатор, поскольку они в большинстве случаев остаются в параллельной работе с питающей энергосистемой, а если же отделяются в составе узла на автономную работу, то обеспечивают избыток активной и реактивной мощностей (рис. 2). Результаты расчета позволят выдать рекомендации по распределению тепловой нагрузки между БТГ в целях повышения статической устойчивости в случае выхода ЭСПП на автономную с электроэнергетической системой работу. Очевидно, что разработанный алгоритм является эффективным при избытке или балансе активных и реактивных мощностей. При дефиците по данным мощностям необходимо проводить дополнительные исследования.
Результаты исследования. Исследования проводились на примере ЭСПП сложной конфигурации, на которой проводилась неоднократная реконструкция (рис. 2).
Данная ТЭЦ была построена в 40-х годах прошлого столетия таким образом, что она имеет распределительное устройство собственных нужд РУСН-3,15 кВ с двумя СТГ и двумя трансформаторами связи с энергосистемой, обеспечивающими бесперебойное питание потребителей собственных нужд в большинстве аварийных ситуаций. Делительная автоматика в аварийных режимах предусматривает выход двигателей собственных нужд электростанции с СТГ на раздельную работу. Близлежащие цеха, такие как доменный,
коксовый и другие, получают электроэнергию с генераторного распределительного устрой-ства ГРУ-10,5 кВ, на которое в параллель работают остальные СТГ. Делительная автоматика также предусматривает в случае аварии выход ГРУ-10,5 кВ на раздельную работу. Связь с энергосистемой осуществляется по шинам 115 кВ, по которым электростанция выдает в энергосистему избыточную мощность.
электрических соединений после реконструкции
Современные условия, требующие повышения количества вырабатываемой электроэнергии, и реконструкция генерирующего оборудования привели к тому, что часть СТГ с ГРУ 10,5 кВ была переведена на работу в блоки генератор-трансформатор на шины связи с энергосистемой 115 кВ с увеличением установленных мощностей (рис. 2). Как следствие, снизилась выработка активной и реактивной мощностей на шинах 10,5 кВ, при этом мощность НПП осталась практически неизменной. В перспективе планируется перевод генератора G-7 в блок на шины 115 кВ. Очевидно, при неизменной НПП на шинах 10,5 кВ такой перевод, несмотря на экономические выгоды в плане повышения производимой электроэнергии, существенно снизит устойчивость узла при отделении на автономную работу.
При параллельной работе с энергосистемой потокораспределение в сети при наибольших мощностях НПП имеет значения, приведенные в табл. 1. Расчеты велись с помощью оригинального программного комплекса «КАТРАН», разработанного
на кафедре ЭПП МГТУ им. Г.И. Носова [25]. В его основу для анализа установившихся режимов положен метод последовательного эквивалентирования, а для анализа статической устойчивости СТГ - метод последовательного утяжеления.
Таблица 1. Потокораспределение мощностей
№ присоединения Р, МВт О, Мвар
Т-1 связи с энергосистемой 110/10 кВ 2 -6
Т-2 связи с энергосистемой 110/10 кВ 8 -15
Т-3 связи с энергосистемой 110/10 кВ 16 -6
Т-4 связи с энергосистемой 110/10 кВ 20 -20
Т-7 собственных нужд 3,5 -2
10/3 кВ
Т-8 собственных нужд 2 -1,5
10/3 кВ
G-1 собственных нужд 12,5 2,5
G-2 собственных нужд 11 3
G-4а 5,5 2
G-4b 5,5 2
G-7 26 6
G-5 30 6
TG-1 30 7,6
TG-2 23 6
Мощность, выдаваемая 46 -47
системой на шины 110 кВ (прием)
Суммарная вырабатывае- 143,5 35,1
мая мощность в узле
Суммарная потребляемая 97,5 82,1
мощность в узле
Согласно представленному в табл. 1 балансу, после выхода ЭСПП при полном составе генерирующего оборудования на автономную работу по шинам ГРУ-10,5 кВ получаем небаланс мощностей: АР = 143,5 -- 97,5 = 46 МВт, АО = 35,1 - 82,1 = -47 МВАр. Очевидно, что в рассматриваемом узле на момент выхода ЭСПП по шинам 10,5 кВ имеется избыток активной мощности и недостаток реактивной. Для ликвидации данного небаланса в соответствии со своими статическими характеристиками должны отработать системы регулирования турбин и возбуждения. Как показали расчеты, при таком составе оборудования дефицит реактивной мощности будет успешно ликвидирован. Однако оставшийся резерв реактивной мощности весьма небольшой и составляет 17 МВАр. Очевидно, что при этом запас статической устойчивости машин невелик.
Интерес представляет выход на раздельную работу ГРУ-10,5 кВ при выводе генераторов TG-2 и G-4b в ремонт, который сопровождается потокораспреде-лением мощностей (табл. 2). Коэффициенты запаса статической устойчивости с учетом действия АРВ и ограничений по диаграмме мощностей приведены в табл. 2. Следует отметить, что одним из факторов, усложняющих возможные автономные режимы, является несовершенство систем охлаждения возбудителей и обмоток возбуждения. За счет этого реактивные мощности, которые может выдать машина в соответствии с нагрузочной диаграммой, могут снизиться более чем на 10 %, что учтено в расчетах.
Таблица 2. Потокораспределение при выходе на раздельную работу ГРУ-10,5 кВ и при выводе в ремонт генераторов TG-2 и G-4b
№ Р, О, кзап, кзап, %, в случае
СТГ МВт МВАр % несрабатывания регулятора на одной из турбин
G-1 10,9 8,1 31 58
G-2 9,6 8,1 48 65
G-4а 4,8 4,05 49 75
G-4b 0 0 0
G-7 22,6 18,2 33 4
G-5 21,6 16,9 39 66
TG-1 26,1 20,25 36 57
TG-2 0 0 0
Sz 98,8 75
Сначала был рассмотрен случай, когда все генераторы работают по электрическому графику нагрузки. После выхода на раздельную работу получаем небаланс мощностей: АР = 113,5 - 97,5 = 16 МВт, АО = 27,1 - 82,1 = -55 МВАр. Очевидно, что в рассматриваемом узле на момент выхода имеется избыток активной мощности и дефицит реактивной. Для ликвидации небаланса в соответствии со своими статическими характеристиками должны отработать системы регулирования турбин и возбуждения. При данном избытке активной мощности после работы регуляторов скорости установится частота
г р о пс
^ _ 52 5 _ 'пот рпадг' 0
= 52,5 -
р
депег
50 • 97,5 • 0,05 113,5
= 50,35 Гц.
Если учесть регулирующий эффект нагрузки, то получим
(
1 = 52,5 -
пвдг
035 Рпвдг
' 0,53
Л
• 0,05
Р
двпвг
(2)
= 52,5- 50 988•005 = 50,32 Гц.
113,5
Зная установившуюся частоту, можем определить, какую активную мощность в таком режиме выдает каждый из СТГ. Расчеты по турбогенераторам сведены в табл. 2. С учетом новой выработки активной мощности была определена возможная генерация реактивной в целях ликвидации дефицита реактивной мощности в узле.
Таким образом, если при нагрузке 82,1 МВАр генераторы G-4b и TG-2 отключены, то выработка реактивной мощности составит 75 МВАр и возникнет дефицит реактивной мощности 7 МВАр, что повлечет за собой снижение статической и динамической устойчивости синхронных генераторов. В этом случае напряжение начинает падать и за счет регулирующего эффекта нагрузки потребление реактивной мощности в узле снизится. Степень его снижения можно оценить, если принять регулирующий эффект равным 1,4 для комплексной НПП ГРУ-10,5 кВ и потребителей собственных нужд [15]. При этом новый уровень напряжения составит
и = инорМ -Аи = инорМ
АО
нагр и
норм
= 10,3 -
7
1,4 • 82,1
рег ^нагр
• 10,3 = 9,6 кВ,
(3)
что соответствует нормативному отклонению (на 5 %).
Ситуация осложняется распределением между БТГ тепловой нагрузки, что, как было показано выше, может привести к нежелательному распределению между машинами активной и реактивной мощности и, как следствие, нарушению статической устойчивости. Как показали исследования, если один из БТГ работает на постоянство поддержания пара в общем паропроводе, например TG-7, то ситуация изменится: генератор не разгрузится по активной мощности и выработка активной мощности повысится до 32 МВт, при этом выдаваемая реактивная мощность снизится до 5 МВАр. Это означает, что суммарный дефицит реактивной мощности в узле
увеличится до 20 МВАр. В такой ситуации напряжение может снизится на 15 %, что является недопустимым. Во-первых, в этом случае устойчивость БТГ, работающего на постоянство давления в паропроводе, понизится до недопустимых значений (см. табл. 2). В этом режиме остальные генераторы разгружаются по активной мощности, но начинают загружаться по допустимой реактивной, поэтому какое-то время коэффициенты запаса статической устойчивости у остальных генераторов растут. Однако у БТГ, работающего по тепловому графику и имеющего небольшой запас статической устойчивости, в любой момент может начаться асинхронный ход.
Во-вторых, при снижении напряжения на 15 % от номинального начнут отрабатывать форсировки возбуждения. Работа фор-сировок в таком режиме крайне нежелательна, поскольку режим может длиться десятки минут и обмотка возбуждения может перегреться и отключиться защитой, что приведет к потере источника реактивной мощности и работе форсировок на оставшихся генераторах. Возникнут качания машин, и может нарушиться статическая устойчивость БТГ, работающего на поддержание давления пара. Потеря статической устойчивости в таких узлах хотя бы одной машины приведет к качаниям других машин и нарушению устойчивости в целом.
Единственным способом предотвращения подобного сценария является предварительное распределение тепловых нагрузок между турбоагрегатами с учетом изложенной ситуации. То есть необходимо не только распределить тепловую нагрузку между БТГ, но и выявить турбины, которые будут работать на поддержание давления в общем паропроводе. В данном случае, как показали исследования, необходимо на поддержание давления пара включить БТГ G-3 и G-6, параллельно работающие с энергосистемой.
Таким образом, развитие собственных ЭСПП существенно расширяет область задач при управлении режимами СТГ электростанций в целях сохранения их устойчивости. Наличие тепловой нагрузки, поперечных электрических связей по пару и электроэнергии и большого количества параллельно работающих машин требует дополнительных исследований по определению БТГ, которые возьмут на себя поддержание параметров пара и не снизят
устойчивость при выходе на автономную работу.
Одним из наиболее эффективных мероприятий при этом является определение БТГ, которые будут работать на постоянство давления в паропроводе с учетом изменяющегося в процессе эксплуатации состава источников питания. То есть по мере вывода генерирующего оборудования в ремонт необходимо тщательно определять турбины, которые способны выполнять данные функции.
Другим мероприятием, позволяющим повысить устойчивость в подобных ситуациях, является составление такого графика ремонтов СТГ, при котором необходимый запас реактивной мощности будет сохраняться.
Выводы. Как показывает опыт эксплуатации ЭСПП, выход на раздельную работу остается одним из наиболее опасных режимов с точки зрения нарушения устойчивости. Основными факторами, влияющими на этот процесс, являются: нарушение баланса активных и реактивных мощностей, связанное с реконструкцией электростанций, переводом местных генераторов на более высокие уровни напряжения, выводом в плановый и аварийный ремонт; изменение точки отделения ЭСПП от энергосистемы, связанное с работой релейной защиты; неправильная работа регуляторов скорости блоков турбина-генератор, работающих по тепловому графику нагрузки и поддерживающих давление в паропроводе. Разработанный алгоритм учитывает данные факторы и позволяет разработать мероприятия по повышению статической устойчивости при автономной работе ЭСПП от энергосистемы. Вычислительный эксперимент, проведенный на примере заводской ТЭЦ, показал его эффективность. В качестве основного мероприятия предложено перераспределение между блоками турбина-генератор функций по поддержанию постоянства давления в общем паропроводе.
Список литературы
1. Мелешкин Г.А., Меркурьев Г.В.
Устойчивость энергосистем. Кн. 1. - СПб.: НОУ «Центр подготовки кадров энергетики», 2006. -369 с.
2. Жданов П.С. Вопросы устойчивости энергетических систем. - М.: Энергия, 1979. -456 с.
3. Кимбарк Э. Синхронные машины и устойчивость электрических систем. - М.; Л.: Госэнергоиздат, 1960. - 392 с.
4. Некоторые вопросы анализа статической устойчивости электроэнергетических систем / Е.К. Лоханин, Е.Л. Россовский, Ю.Н. Гараев и др. // Электричество. - 2013. -№ 9. - С. 2-6.
5. Kothari D.P., Nagrath I.J. Power System Engineering. - Second Edition. - New Delhi: Tata McGraw-Hill Publishing Company Limited, 2008.
6. Power System Stability Enhancement Using FACTS Controllers in Multimachine Power Systems / Yosra Welhazi, Tawfik Guesmi, Imen Ben Jaoued, Hsan Hadj Abdallah // J. Electrical Systems. -
2014. - No. 10-3. - P. 276-291.
7. Shi Xiufeng, Mu Shiguang. Research on Measures to Improve Stability of the Power System // Applied Mechanics and Materials. -
2015. - Vol. 742. - P. 648-652. DOI:10.4028/www.scientific.net/AMM.742.648.
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. - 2012. - Vol. 6, issue 10. - P. 977-985.
9. Satheesh A., Manigandan T. Maintaining Power System Stability with Facts Controller using Bees Algorithm and NN // Journal of Theoretical and Applied Information Technology. - 2013. - Vol. 49, issue 1. - P. 38-47.
10. Study on Multi-energy Flow Management for Multi-energy Network Systems / Wenjin Mao, Hongwei Li, Hairong Zhu, Hao Yuan // J. Electrical Systems. - 2018. - Vol. 14-3. - P. 1-11.
11.Karthikeyan K., Dhal P.K. Investigation of optimal location and tuning of STATCOM by genetic algorithm based transient stability improvement // J. Electrical Systems. - 2018. -Vol. 14-2. - P. 103-117.
12.Choucha Abdelghani, Lakhdar Chaib, Salem Arif. Robust control design of PSS for dynamic stability enhancement of power system // J. Electrical Systems. - 2017. - Vol. 13-2. -P. 376-386.
13. 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.
14. Определение статических характеристик нагрузки по напряжению по данным пассивного эксперимента с учетом реакции сети /
A.В. Панкратов, А.К. Жуйков, А.А. Шувалова,
B.И. Полищук // Электротехнические системы и комплексы. - 2021. - № 2(51). - С. 4-11. DOI.org/10.18503/2311 -8318-2021 -2(51)-4-11.
15. Газизова О.В. Особенности анализа статической устойчивости генераторов промышленных электростанций при выходе на раздельную с энергосистемой работу // Электротехнические системы и комплексы. -2021. - № 3(52). - С. 29-37. DOI.org/10.18503/2311-8318-2021-3(52)-29-37.
16. 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.
17. Ротанова Ю.Н. Повышение устойчивости системы электроснабжения промышленного предприятия с собственными электростанциями при коротких замыканиях: автореф. дис. ... канд. техн. наук. - Магнитогорск, 2008.
18. Варганова А.В. Алгоритм внутристан-ционной оптимизации режимов работы котлоагрегатов и турбогенераторов промышленных электростанций // Промышленная энергетика. - 2018. - № 1. - С. 17-22.
19. Mathematical Modeling of Synchronous Generators in Out-of-balance Conditions in the Task of Electric Power Supply Systems Optimization / A.V. Varganova, E.A. Panova, N.A. Kurilova, A.T. Nasibullin // International Conference on Mechanical Engineering, Automation and Control Systems (MEACS). 2015. DOI:10.1109/ MEACS.2015.7414907
20. Анализ допустимости режима потери возбуждения синхронного генератора в условиях промышленной системы электроснабжения сложной конфигурации / О.В. Газизова, А.П. Соколов, Н.Т. Патшин, Ю.Н. Кондрашова // Электротехнические системы и комплексы. - 2019. - № 2(43). - С. 12-18. DOI.org/10.18503/2311 -8318-2019-2(43)-12-18.
21. Николаев А.А., Даниленко А.С., Ложкин И.А. Исследование различных типов стабилизаторов PSS, используемых в системах автоматического регулирования возбуждения синхронных генераторов // Электротехника: сетевой электронный научный журнал. - 2018. -Т. 5, № 1. - С. 3-10. DOI: 10.24892/RIJEE/20180101.
22. Илюшин П.В., Куликов А.Л. Автоматика управления нормальными и аварийными режимами энергорайонов с распределенной генерацией. - Н.Новгород: НИУ РАНХиГС, 2019. - 364 с.
23. Attikas R., Tammoja H. Excitation System Models of Generators of Balti and Eesti Power Plants // Estonian Academy Publishers. -2007. - No. 2. - P. 285-295.
24. Исследование эффективности работы делительной автоматики в системе электроснабжения промышленного предприятия черной металлургии / О.В. Газизова, А.В. Ма-
лафеев, В.М. Тарасов, М.А. Извольский // Промышленная энергетика. - 2012. - № 10. -С. 12-17.
25. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ RU 2019610251. Комплекс автоматизированного режимного анализа КАТРАН 10.0 / В.А. Игуменщев, А.В. Малафеев, Е.А. Панова и др. Заявка № 2018661952 от 29.10.2018; опубл.09.01.2019.
References
1. Meleshkin, G.A., Merkur'ev, G.V. Ustoychivost' energosistem. Kn. 1 [Stability of power systems. Book 1]. Saint-Petersburg: NOU «Tsentr podgotovki kadrov energetiki», 2006. 369 p.
2. Zhdanov, P.S. Voprosy ustoychivosti energeticheskikh sistem [Questions of stability of power systems]. Moscow: Energiya, 1979. 456 p.
3. Kimbark, E. Sinkhronnye mashiny i ustoychivost' elektricheskikh sistem [The synchronous machines and stability of electrical systems]. Moscow; Leningrad: Gosenergoizdat, 1960. 392 p.
4. Lohain, E.K., Rosovsky, E.L., Garayev, Yu.N., Moroshkin, Yu.V., Glagolev, V.A. Nekotorye voprosy analiza staticheskoy ustoychivosti elektroenergeticheskikh sistem [Some issues of analyzing the static stability of electric power systems]. Elektrichestvo, 2013, no. 9, pp. 2-6.
5. Kothari, D.P., Nagrath, I.J. Power System Engineering. Second Edition. New Delhi: Tata McGraw-Hill Publishing Company Limited, 2008.
6. 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.
7. Shi, Xiufeng, Mu, Shiguang. Research on Measures to Improve Stability of the Power System. Applied Mechanics and Materials, 2015, vol. 742, pp. 648-652. DOI: 10.4028/ www.scientific.net/AMM.742.648.
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, 2012, vol. 6, issue 10, pp. 977-985.
9. Satheesh, A., Manigandan, T. Maintaining Power System Stability with Facts Controller using Bees Algorithm and NN. Journal of Theoretical and Applied Information Technology, 2013, vol. 49, issue 1, pp. 38-47.
10. Mao, Wenjin, Li, Hongwei, Zhu, Hairong, Yuan, Hao. Study on Multi-energy Flow Management for Multi-energy Network Systems. J. Electrical Systems, 2018, vol. 14-3, pp. 1-11.
11. Karthikeyan, K., Dhal, P.K. Investigation of optimal location and tuning of STATCOM by
genetic algorithm based transient stability improvement. J. Elec-trical Systems, 2018, vol. 14-2, pp. 103-117.
12. Choucha, Abdelghani, Chaib, Lakhdar, Arif, Salem. Robust control design of PSS for dynamic stability enhancement of power system. J. Electrical Systems, 2017, vol. 13-2, pp. 376-386.
13. 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.
14. Pankratov, A.V., Zhuykov, A.K., Shuvalova, A.A., Polishchuk, V.I. Opredelenie staticheskikh kharakteristik nagruzki po naprya-zheniyu po dannym passivnogo eksperimenta s uchetom reaktsii seti [Determining the static characteristics of the load on the voltage according to the passive experiment, taking into account the reaction of Networks]. Elektrotekhnicheskie sistemy i kompleksy, 2021, no. 2(51), pp. 4-11. doi.org/10.18503/2311-8318-2021-2(51)-4-11.
15. Gazizova, O.V. Osobennosti analiza staticheskoy ustoychivosti generatorov promyshlennykh elektrostantsiy pri vykhode na razdel'nuyu s energosistemoy rabotu [Features of the analysis of the static sustainability of generators of industrial power plants when leaving for separate with the energy system]. Elektrotekhnicheskie sistemy i kompleksy, 2021, no. 3(52), pp. 29-37. doi.org/10.18503/2311-8318-2021-3(52)-29-37.
16. Bulanov, O.V., Malafeev, A.V., Rota-nova, Yu.N., Tarasov, V.M. Analiz perekhodnykh rezhimov sistem elektrosnabzheniya promyshlennykh predpriyatiy, imeyushchikh v svoem sostave ob"ekty maloy energetiki [Analysis of transient modes of power supply systems of industrial enterprises, having in its composition objects small energy]. Promyshlennaya energetika, 2010, no. 4, pp. 22-28.
17. Rotanova, Yu.N. Povyshenie ustoychivosti sistemy elektrosnabzheniya promyshlennogo predpriyatiya s sobstvennymi elektrostantsiyami pri korotkikh zamykaniyakh. Avtoref. diss. kand. tekhn. nauk [Increasing the sustainability of the power supply system of an industrial enterprise with its own power plants with short circuits. Abstract of cand. tech. sci. diss.]. Magnitogorsk, 2008.
18. Varganova, A.V. Algoritm vnutristan-tsionnoy optimizatsii rezhimov raboty kotloagregatov i turbogeneratorov promyshlennykh elektrostantsiy [Algorithm of inttenition optimization of modes of operation of boilers and turbogenerators of industrial power plants]. Promyshlennaya energetika, 2018, no. 1, pp. 17-22.
19. 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. DOI:10.1109/MEACS.2015.7414907.
20. Gazizova, O.V., Sokolov, A.P., Patshin, N.T., Kondrashova, Yu.N. Analiz dopustimosti rezhima poteri vozbuzhdeniya sinkhronnogo generatora v usloviyakh promyshlennoy sistemy elektrosnabzheniya slozhnoy konfiguratsii [Analysis of the permissibility of the mode of excitation of a synchronous generator in the conditions of an industrial system of power supply complex configuration]. Elektrotekhnicheskie sistemy i kompleksy, 2019, no. 2(43), pp. 12-18. doi.org/10.18503/2311 -8318-2019-2(43)-12-18.
21. Nikolaev, A.A., Danilenko, A.S., Lozhkin, I.A. Issledovanie razlichnykh tipov stabilizatorov PSS, ispol'zuemykh v sistemakh avtomaticheskogo regulirovaniya vozbuzhdeniya sinkhronnykh generatorov [Study of various types of PSS stabi-lizers used in automatic excitation control systems for synchronous generators]. Elektrotekhnika: setevoy elektronnyy nauchnyy zhurnal, 2018, vol. 5, no. 1, pp. 3-10. DOI: 10.24892/RIJEE/20180101.
22. Ilyushin, P.V., Kulikov, A.L. Avtomatika upravleniya normal'nymi i avariynymi rezhimami energorayonov s raspredelennoy generatsiey [Automation of the control of normal and emergency modes of energy rates with distributed generation]. Nizhniy Novgorod: NIU RANKhiGS, 2019. 364 p.
23. Attikas, R., Tammoja, H. Excitation System Models of Generators of Balti and Eesti Power Plants. Estonian Academy Publishers, 2007, no. 2, pp. 285-295.
24. Gazizova, O.V., Malafeev, A.V., Tarasov, V.M., Izvol'skiy, M.A. Issledovanie effektivnosti raboty delitel'noy avtomatiki v sisteme elektrosnabzheniya promyshlennogo predpriyatiya chernoy metallurgii [Investigation of the efficiency of dividing automation in the power supply system of the industrial enterprise of ferrous metallurgy]. Promyshlennaya energetika, 2012, no. 10, pp. 12-17.
25. Igumenshchev, V.A., Malafeev, A.V., Panova, E.A., Varganova, A.V., Gazizova, O.V., Kondrashova, Yu.N., Zinov'ev, V.V., Yuldasheva, A.I., Krubtsova, A.A., Anisimova, N.A., Nasibullin, A.T., Tremasov, MA, Shcherbakova, V.S., Bogush, V.K. Kompleks avtomatizirovannogo rezhimnogo analiza KATRAN 10.0 [Complex of the automated regime analysis KATRAN 10.0]. Computer program RF, no. RU 2019610251, 2019.
