Разработка системы автоматического включения генерирующего оборудования на параллельную работу с электроэнергетической системой

АКТУАЛЬНОСТЬ. Синхронизация – это алгоритм действий по включению синхронных генераторов на параллельную работу с энергосистемой, является неотъемлемой частью процесса производства электроэнергии. На практике процесс синхронизации сопряжен с некоторыми трудностями. Разработанное автоматическое устройство синхронизации является цифровым и интегрируется в микропроцессорный терминал комплекса КПА-М, позволяя решить возникающие проблемы посредством выполнения синхронизации различными методами, в том числе разработанным методом ускоренной синхронизации.

ЦЕЛЬ. Создать комплексную автоматизированную систему синхронизации на базе микропроцессорного терминала КПА-М с вариативностью используемых методов. Проанализировать существующие устройства синхронизации, синтезировать традиционные методы синхронизации, на их базе создать нетрадиционный промежуточный метод и интегрировать его в автоматизированную систему. Разработать алгоритмы работы измерительного и логического органов, а также органа управляющих воздействий системы синхронизации. Провести экспериментальную проверку алгоритмов подачей реальных сигналов от датчиков напряжения на физической модели с вращающейся синхронной машиной (тестируемый генератор мощностью 12 кВт).

МЕТОДЫ. Проблема исследования изучена с использованием теоретических и практических подходов. Теоретические методы – анализ, синтез и классификация. Практические методы – моделирование в среде MatLab®, сравнение, эксперимент, наблюдение.

РЕЗУЛЬТАТЫ. В статье представлено описание архитектуры, принципов построения, выбора уставок системы синхронизации, а также взаимодействия её логической части со смежными блоками (измерительным блоком, блоком выходных воздействий). Работа дает исчерпывающее описание настройки системы и интеграции её измерительной и логической части в микропроцессорный терминал КПА-М с последующим испытанием работоспособности частей на физическом объекте.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Разрабатываемая система обладает расширенным по сравнению с аналогами функционалом, позволяя использовать традиционный метод точной синхронизации и разработанный метод ускоренной синхронизации. Прогнозируется снижение капитальных затрат на системы автоматики, так как одно устройство обеспечивает синхронизацию на нескольких выключателях и уменьшение издержек на эксплуатацию генератора (ТОиР), поскольку при включении подходящими методами части машины не подвержены недопустимым термическим и механическим воздействиям. Разработка актуальная для ликвидации аварийных ситуаций в энергосистеме. Социальная значимость проекта заключается в исключении человеческого фактора и необходимости высокой квалификации персонала для ручного осуществления процесса. Перспектива применения разработки – в учебном процессе университета и на реальных объектах энергетики, в частности на крупных синхронных генераторах.

1. Фёдорова В. А. Разработка автоматического устройства ускоренной синхронизации генераторов // Интеллектуальная электротехника. 2022. № 3. С. 32–48.

2. Фёдорова В. А., Корнилович Д. В., Кириченко В. Ф., Глазырин Г. В. Разработка цифрового устройства синхронизации для автоматического включения в сеть генераторов различными методами // Электроэнергетика глазами молодежи-2021. 12 междунар. научнотехническая конференция. 2022. Ч. 1. С. 193–196.

3. Стогов А., Беляев А.Н. Повышение динамической устойчивости автономной энергосистемы на основе управления по взаимным параметрам // Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2019. №21(1-2). С. 55-66.

4. Amin M., Rygg A., Molinas M. Self-synchronization of wind farm in an MMC-based HVDC system: A stability investigation // IEEE Transactions on Energy Conversion. 2017. Vol. 32. No. 2. Pp. 458-470.

5. Bekiroglu E., Bayrak A. Automatic synchronization unit for the parallel operation of synchronous generators // IEEE EUROCON 2009. 2009. Pp. 766–771.

6. Bolf A. et al. Synchronization device for the model of distribution grid 22 kV // 2017 6th International Youth Conference on Energy (IYCE). IEEE. 2017. Pp. 1–4.

7. Li H., Zhang H., Xu Q. Design and implementation of integrated control instrument for micro synchronous generation unit // 2017 IEEE Conference on Energy Internet and Energy System Integration (EI2). IEEE. 2017. Pp. 1–6.

8. Lee S. B. et al. Condition monitoring of industrial electric machines: State of the art and future challenges // IEEE Industrial Electronics Magazine. 2020. Vol. 14. No. 4. Pp. 158–167.

9. Shah S. et al. VSC-based active synchronizer for generators // IEEE Transactions on Energy Conversion. 2018. Vol. 33. No. 1. Pp. 116-125.

10. Wen B. et al. Impedance-based analysis of grid-synchronization stability for threephase paralleled converters // IEEE Transactions on Power Electronics. 2019. Vol. 31. No. 1. Pp. 26-38.

11. Zhan W. et al. Synchronization Process and a Pre-synchronization Method of the Virtual Synchronous Generator // 2020 4th International Conference on HVDC (HVDC). IEEE. 2020. Pp. 197-203.

12. Коновалов В. и др. Исследование электромеханических комплексов с синхронными генераторами при различных методах синхронизации // Вестник Ангарского государственного технического университета. 2018. №. 12. С. 54–57.

13. Садовский С. А., Алафьева М. А. Исследование переходных процессов при включении синхронных генераторов на параллельную работу // Сборник научных трудов Ангарского государственного технического университета. 2017. Т. 1. №. 1. С. 208–215.

14. Углов А. В., Гусева Е. В., Углова М. Б. Влияние факторов синхронизации на качество переходного процесса при включении синхронного генератора на параллельную работу с энергосистемой // Энергетические установки и технологии. 2017. Т. 3. №. 4. С. 71– 76.

15. Ревякин Е. Е., Власова Е. П. Анализ систем автоматики включения синхронных генераторов на параллельную работу // Энергосбережение и инновационные технологии в топливно-энергетическом комплексе. 2018. С. 303–306.

16. Tian P., Platero C. A., Blázquez F. Protection method for synchronous machine during the paralleling connection process // 2018 XIII International Conference on Electrical Machines (ICEM). IEEE. 2018. Pp. 2385–2390.

17. Фёдорова В. А. Автоматическое устройство для включения в сеть генераторов методом ускоренной синхронизации // Наука. Технологии. Инновации. 15 Всерос. науч. конф. молодых ученых, посвящ. Году науки и технологий в России. 2021. Ч. 4. С. 196–200.

18. Burova A. Reducing the error of digital algorithms for deductive signal processing based on their multi-stage discrete Fourier transform by the difference digital filters // 2020 22th International Conference on Digital Signal Processing and its Applications (DSPA). IEEE. 2020. Pp. 1–3.

19. Kovalenko P. Y. et al. Synchrophasor Evaluation based on point-on-wave Measurements // 2020 Ural Smart Energy Conference (USEC). IEEE. 2020. Pp. 155–158.

20. Fyodorova V. et al. Application of Automatic Device for Generator Connection to the Network by Method of Accelerated Synchronization // IEEE 23 International Conference of Young Professionals in Electron Devices and Materials (EDM). 2022. Pp. 461–466.

21. Fyodorova V. et al. Synchronization Digital Device Development for Generators Automatic Connection to the Network by Various Methods // 2021 Ural-Siberian Smart Energy Conference (USSEC). 2021. Pp. 89-93.