Исследование использования электромеханического фильтра для фиксации аварийного возмущения и дозировки управляющих воздействий балансирующей противоаварийной автоматики

Цель – обеспечение динамической устойчивости режимов электростанций на базе синхронной генерации с электромеханической инерционностью 1-2 с, работающих в островном режиме на собственную нагрузку или параллельно с внешней электрической сетью. Исследования предлагаемого способа экспресс-выявления аварийного возмущения и дозировки управляющих воздействий с помощью электромеханического фильтра при набросах/сбросах электрической нагрузки генераторов проводились на физической и цифровой моделях переходных электромеханических процессов в простой энергосистеме. Показано, что динамическая устойчивость режимов малоинерционной генерации при расчетных возмущениях (отключениях генераторов или крупных нагрузок, линий электропередачи по связям с внешней энергосистемой, включением крупных нагрузок) обеспечивается при условии ввода экстренных противоаварийных балансирующих управляющих воздействий (отключение части генерации или нагрузки) за время не более 0,1 с определением их дозировки на интервале 1-2 периода промышленной частоты. Выявлено, что требуемое быстродействие и инвариантность к видам и тяжести скачкообразных возмущений электрической нагрузки генераторов обеспечивается при использовании электромеханического фильтра в цепи измерения напряжения генератора, состоящего из двух механически связанных синхронных электрических машин (микромашин). Показано, что определение производной частоты напряжения на выходе электромеханического фильтра в интервале 1-2 периодов промышленной частоты обеспечивает возможность фиксации возмущения и дозирования управляющих воздействий. Экспериментально на физической и цифровой моделях подтверждено, что существующие способы фиксации аварийных возмущений и дозировки управляющих воздействий для сохранения динамической устойчивости режимов малоинерционной синхронной генерации, в частности газопоршневых установок, малоэффективны. Применение электромеханических фильтров в контуре противоаварийного управления способно обеспечить требуемое быстродействие и адекватность управляющих воздействий независимо от режима и состава генерирующих установок на электростанции. 

1. Молодюк В.В., Илюшин П.В., Исамухамедов Я.Ш., Тягунов М.Г., Ивановский Д.А., Вольный В.С. Обзор трендов развития и опыта использования распределённых энергетических ресурсов по состоянию на 2024 г. // Энергетик. 2025. № 6. С. 59–62. EDN: BXUSUV.

2. Фишов А.Г., Осинцев А.А., Какоша Ю.В., Одинабеков М.З. Активные распределительные электрические сети с децентрализованным мультиагентным управлением режимом. Ч. 1 // Электричество. 2022. № 10. С. 14–24. https://doi.org/10.24160/0013-5380-2022-10-14-24. EDN: HYXXZS.

3. Полякова О.Ю., Чусовитин П.В., Паздерин А.В. Особенности функционирования парогазовых установок при больших отклонениях частоты // Электрические станции. 2019. № 3. С. 19–26. EDN: QEALOF.

4. Илюшин П.В. Анализ влияния распределённой генерации на алгоритмы работы и параметры настройки устройств автоматики энергосистем // Энергетик. 2018. № 7. С. 21–26. EDN: LXBDUL.

5. Осак А.Б., Панасецкий Д.А., Бузина Е.Я. Интеллектуальное противоаварийное управление с учетом режимов работы потребителей // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2017. Т. 21. № 9. С. 173–184. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2017-9-173-184. EDN: ZIVWHB.

6. Марченко А.И., Фишов А.Г. Автоматика опережающего деления в схемах присоединения малой генерации к электрической сети // Оперативное управление в электроэнергетике. Подготовка персонала и поддержание его квалификации. 2017. № 5. С. 8–18.

7. Фишов А.Г., Марченко А.И., Денисов В.В., Мурашкина И.С. Исследование устойчивости параллельной работы локальной системы энергоснабжения малой мощности с внешней электрической сетью энергосистемы // Известия Российской академии наук. Энергетика. 2020. № 1. С. 116–127. https://doi.org/10.31857/S0002331020010136. EDN: RANQBS.

8. Бердин А.С., Кабанов Д.А., Мойсейченков А.Н., Сенюк М.Д. Определение угловой скорости вращения и ускорения ротора синхронного генератора в переходных процессах по измерениям его электрических параметров // Известия НТЦ Единой энергетической системы. 2023. № 1. С. 51–58. EDN: ZCYMEG.

9. Бельский И.О., Куприянов И.С., Лукьянов А.В. Исследование угловой скорости и магнитного поля при дефектах асинхронных электродвигателей // Системы. Методы. Технологии. 2018. № 4. С. 62–69. https://doi.org/10.18324/2077-5415-2018-4-62-69. EDN: YTQRAT.

10. Гуриков О.В., Зеленин А.С., Сульчакова А.Ю. Формирование алгоритма измерений режимных параметров синхронной машины с учётом уравнений переходных процессов // Известия НТЦ Единой энергетической системы. 2019. № 1. С. 32–46. EDN: RGKKTV.

11. Сенюк М.Д., Паздерин А.В., Бердин А.С., Классен В.В. Методы оценки низкочастотных колебаний в энергосистеме // Электричество. 2024. № 8. С. 4–14. https://doi.org/10.24160/0013-5380-2024-8-4-14. EDN: BJJATG.

12. Бердин А.С., Дмитриева А.А., Дмитриев С.А., Кабанов Д.А., Сенюк М.Д. Тестирование алгоритмов определения динамических векторных измерений токов и напряжений по данным электродинамической модели // Известия НТЦ Единой энергетической системы. 2022. № 1. С. 40–49. EDN: TFKOPW.

13. Бердин А.С., Дмитриева А.А., Коваленко П.Ю., Сенюк М.Д. Определение мгновенных параметров электрического режима с повышенной частотой дискретизации // Известия НТЦ Единой энергетической системы. 2020. № 1. С. 137–146. EDN: GRMGPQ.

14. Одинабеков М.З. Экспресс ограничение снижения и повышения частоты в энергосистемах малой мощности // Наука. Технологии. Инновации: сб. науч. тр. XVII Всерос. науч. конф. молодых ученых (г. Новосибирск, 4– 8 декабря 2023 г.). Новосибирск: НГТУ, 2024. Ч. 4. С. 77–81. EDN: FABVMR.

15. Горькаева Е.Ю., Деймундт А.С., Манапова Н.М., Демьяненко А.В. Совершенствование алгоритма автоматической частотной разгрузки с применением технологий Smart Grid // Труды университета. 2023. № 4. С. 428–434. https://doi.org/10.52209/1609-1825_2023_4_428. EDN: FUGZLF.

16. Куликов А.Л., Илюшин П.В., Лоскутов А.А., Севостьянов А.А. Обеспечение гарантированного высокого быстродействия автоматической частотной разгрузки в условиях отклонения показателей качества электроэнергии на основе процедуры последовательного анализа Вальда // Электрические станции. 2021. № 4. С. 41–50. EDN: CDBPQI.

17. Бердин А.С., Лисицын А.А., Мойсейченков А.Н., Сенюк М.Д. Развитие алгоритма автоматической разгрузки энергоблока при близких коротких замыканиях на основе синхронизированных векторных измерений // Известия НТЦ Единой энергетической системы. 2021. № 2. С. 76–89. EDN: CUKLHD.

18. Пат. № 2792334, Российская Федерация, C1, G05F 1/30, H02H 3/24. Система автоматического ограничения снижения напряжения в промышленных энергорайонах 6-220 кВ с источниками распределенной генерации / П.В. Илюшин, А.Л. Куликов, А.А. Лоскутов; заявитель и патентообладатель Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева. № 2019138242. Заявл. 07.11.2022; опубл. 27.02.2020. EDN: YVROUU.

19. Васильев В.В. Комплексный подход к управлению разгрузкой энергосистем //Электро. Электротехника, электроэнергетика, электротехническая промышленность. 2010. № 2. С. 14–20. EDN: MICGPL.

20. Ластовкин В.Д., Коваль В.Н., Думиков А.А. Адаптивная дополнительная автоматическая разгрузка с пуском по частоте // Энергетик. 2020. № 3. С. 3–8. EDN: RDVJVS.

21. Непша Ф.С., Глушкова А.И., Воробьева Д.Ю. К вопросу обеспечения правильной работы устройств автоматической частотной разгрузки в кузбасской энергосистеме // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2017. Т. 19. № 9-10. С. 77–84. EDN: YPSXUX.

22. Полякова О.Ю., Габдулин И.И., Паздерин А.В. Управление нагрузкой при выделении энергорайона с парогазовой установкой на изолированную работу // Электроэнергетика глазами молодежи-2019: матер. юбилейной Х Междунар. науч.-техн. конф. (г. Иркутск, 16–20 сентября 2019 г.). Иркутск: ИРНИТУ, 2019. Т. 1. С. 251–254. EDN: TLANYA.