RU2721477C1 - Control system of electric energy storages for expansion of range of permissible modes of generating installations of sources of distributed generation at voltage failures - Google Patents
Control system of electric energy storages for expansion of range of permissible modes of generating installations of sources of distributed generation at voltage failures Download PDFInfo
- Publication number
- RU2721477C1 RU2721477C1 RU2019139313A RU2019139313A RU2721477C1 RU 2721477 C1 RU2721477 C1 RU 2721477C1 RU 2019139313 A RU2019139313 A RU 2019139313A RU 2019139313 A RU2019139313 A RU 2019139313A RU 2721477 C1 RU2721477 C1 RU 2721477C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- control system
- sources
- generator
- distributed generation
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электроэнергетике и может быть применено в промышленных энергорайонах для расширения области допустимых режимов генерирующих установок источников распределенной генерации при провалах напряжения, возникающих в сетях внешнего и внутреннего электроснабжения 6-220 кВ, для предотвращения излишних отключений генерирующих установок устройствами релейной защиты. Система управления относится к автоматике электроснабжения промышленных потребителей и подключается к шинам соответствующих подстанций.The invention relates to the electric power industry and can be applied in industrial energy districts to expand the range of permissible modes of generating installations of distributed generation sources with voltage dips occurring in external and internal power supply networks of 6-220 kV, to prevent excessive shutdowns of generating installations by relay protection devices. The control system refers to the automation of power supply to industrial consumers and is connected to the buses of the corresponding substations.
Известен способ бесперебойного электроснабжения потребителей электроэнергетической системы [Патент на изобретение РФ №2153752, МПК H02J 03/28, 03/32, опубл. 27.07.2000, бюл. №21], работающей на возобновляемых источниках энергии, включающий преобразование энергии первичного возобновляемого источника в электрическую энергию переменного тока с помощью электрогенератора при одновременном управлении режимом его работы, преобразование посредством выпрямителя электрической энергии переменного тока в электрическую энергию постоянного тока, накопление этой энергии в аккумуляторе, заряжаемом от выпрямителя, преобразование с помощью инвертора электрической энергии постоянного тока в электрическую энергию переменного тока и выдачу ее на нагрузку потребителя. Согласно способу в электроэнергетической системе используют, по крайней мере, еще один автономный, одновременно работающий с первым возобновляемый источник энергии, а накопление электрической энергии осуществляют путем аккумулирования суммарной электрической энергии постоянного тока, полученной в результате преобразования энергии каждого одновременно работающего первичного возобновляемого источника, при этом объем накопленной энергии в аккумуляторе определяют емкостью, которую рассчитывают по величине суточного потребления нагрузкой потребителя, а управление режимом работы генератора производят путем измерения емкостного сопротивления аккумулятора в процессе его зарядки при поддержании величины напряжения зарядки, заданной в диапазоне между минимальной и максимальной величинами напряжения на нагрузке потребителя.A known method of uninterrupted power supply to consumers of the electric power system [Patent for the invention of the Russian Federation No. 2153752, IPC H02J 03/28, 03/32, publ. 07/27/2000, bull. No. 21], operating on renewable energy sources, including converting the energy of a primary renewable source into alternating current electric energy using an electric generator while controlling its operation mode, converting alternating current electric energy into direct current electric energy by a rectifier, storing this energy in a battery, rechargeable from a rectifier, the conversion using an inverter of electrical energy of direct current into electrical energy alternating current and output it to the consumer load. According to the method, at least one more autonomous, simultaneously working with the first renewable energy source is used in the electric power system, and electric energy is accumulated by accumulating the total direct current electric energy obtained by converting the energy of each simultaneously working primary renewable source, the amount of accumulated energy in the battery is determined by the capacity, which is calculated by the value of daily consumption of consumer’s consumption, and the generator’s operating mode is controlled by measuring the capacitance of the battery during charging while maintaining the charging voltage specified in the range between the minimum and maximum voltage values at the consumer’s load.
Однако устройство, реализующее операции способа, не обеспечивает расширение области допустимых режимов генерирующих установок источников распределенной генерации при провалах напряжения, возникающих в сетях внешнего и внутреннего электроснабжения.However, a device that implements the operation of the method does not expand the range of permissible modes of generating installations of distributed generation sources with voltage drops occurring in external and internal power supply networks.
Известна система бесперебойного энергоснабжения [Патент на полезную модель №137642, МПК H02J 03/28, опубл. 20.02.2014, бюл. №5], содержащая основной и резервный источники электроэнергии, генератор электроэнергии, инвертор напряжения накопленной энергии, систему управления. В систему введено устройство автоматического включения резерва, к входам которого подключены выходы основного и резервного источников питания и выход адаптивной системы управления, соединенной с инвертором напряжения накопленной энергии, инвертором напряжения первичной энергии, вход которого соединен с выходом устройства автоматического включения резерва, и установленным между инверторами емкостным накопителем энергии, которые образуют преобразователь напряжения, к выходу емкостного накопителя энергии перед инвертором напряжения накопленной энергии подключен фотоэлектрогенератор.A known system of uninterrupted power supply [Utility Model Patent No. 137642, IPC H02J 03/28, publ. 02/20/2014, bull. No. 5], containing the main and backup sources of electricity, an electric power generator, an accumulator energy voltage inverter, a control system. A device for automatically switching on the reserve is introduced into the system, the inputs of which are connected to the outputs of the main and backup power sources and the output of the adaptive control system connected to the inverter of the stored energy voltage, the primary energy voltage inverter, the input of which is connected to the output of the automatic reserve switching device and installed between the inverters capacitive energy storage, which form a voltage converter, to the output of the capacitive energy storage in front of the voltage inverter I have stored energy connected photoelectric generator.
Известная система бесперебойного энергоснабжения не обеспечивает расширение области допустимых режимов генерирующих установок источников распределенной генерации при провалах напряжения, возникающих в сетях внешнего и внутреннего электроснабжения.The well-known uninterrupted power supply system does not provide expansion of the range of permissible modes of generating installations of distributed generation sources with voltage drops occurring in external and internal power supply networks.
Наиболее близким техническим решением к предполагаемому изобретению является система форсировки возбуждения автономного синхронного генератора [Патент на изобретение № 2704313, МПК Н02Р 09/14, опубл. 28.10.2019 бюл. №31], входящего в электротехнический комплекс, с использованием накопителей энергии на основе аккумуляторных батарей и суперконденсаторов большой мощности, содержащая синхронный генератор, суммирующий трансформатор и корректор напряжения, вход которого подключен к обмотке якоря генератора, а выход - к обмотке управления суммирующего трансформатора, вторичная обмотка которого через первый выпрямитель подключена к обмотке индуктора генератора, первичная обмотка трансформатора тока включена последовательно с обмоткой якоря генератора, а вторичная обмотка соединена с блоком логических элементов управления системой возбуждения, выход которой подключен параллельно обмотке индуктора генератора, а первичная обмотка трансформатора напряжения подключена к зажимам синхронного генератора. Согласно предложения параллельно обмотке индуктора с целью ограничения глубины провалов напряжения на выводах генератора при коротком замыкании в электрической сети или при пусках электродвигателей подключен накопитель, состоящий из двух параллельно соединенных блоков, первый из которых состоит из n аккумуляторных батарей, последовательно соединенных с m аккумуляторными батареями, второй блок состоит из n суперконденсаторов, часть n аккумуляторных батарей первого блока через электронный ключ на входе и электронный ключ на выходе подключены к системе управления, входы которой соединены с трансформатором тока и с трансформатором напряжения, вход которого подключен к выводам синхронного генератора, при этом часть n аккумуляторных батарей соединена параллельно обмотке индуктора на напряжение, соответствующее напряжению форсировки возбуждения синхронного генератора, оба блока подключены через управляемый инвертор и фильтр высших гармоник к выводам синхронного генератора.The closest technical solution to the alleged invention is a system for forcing the excitation of an autonomous synchronous generator [Patent for the invention No. 2704313, IPC Н02Р 09/14, publ. 10/28/2019 bull. No. 31], which is part of the electrical complex, using energy storage devices based on rechargeable batteries and high-power supercapacitors, containing a synchronous generator, a summing transformer and a voltage corrector, the input of which is connected to the generator armature winding, and the output to the control winding of the summing transformer, secondary the winding of which, through the first rectifier, is connected to the winding of the generator inductor, the primary winding of the current transformer is connected in series with the winding of the generator armature, and the secondary winding is connected to the logic control unit of the excitation system, the output of which is connected parallel to the winding of the generator inductor, and the primary winding of the voltage transformer is connected to the terminals synchronous generator. According to the proposal, in parallel with the inductor winding, in order to limit the depth of voltage dips at the generator terminals during a short circuit in the electric network or when starting the electric motors, a drive is connected consisting of two parallel-connected units, the first of which consists of n rechargeable batteries connected in series with m rechargeable batteries, the second block consists of n supercapacitors, part n of the batteries of the first block are connected via an electronic key at the input and an electronic key to the control system, the inputs of which are connected to the current transformer and to the voltage transformer, the input of which is connected to the terminals of the synchronous generator, while part n rechargeable batteries are connected parallel to the inductor winding for a voltage corresponding to the excitation voltage of the synchronous generator, both units are connected via a controlled inverter and a higher harmonic filter to the terminals of the synchronous generator.
В устройстве-прототипе предусмотрено ограничение глубины провалов напряжения при коротком замыкании в электрической сети или при пусках электродвигателей. Однако предлагаемая система предусмотрена только для одного синхронного генератора, не учитывает особенности промышленной нагрузки энергорайона, а также объемы и продолжительность генерации реактивной мощности для поддержания уровня напряжения в различных схемно-режимных условиях.The prototype device provides for the limitation of the depth of voltage dips during a short circuit in the electrical network or when starting the electric motors. However, the proposed system is provided for only one synchronous generator, does not take into account the features of the industrial load of the energy district, as well as the volumes and duration of reactive power generation to maintain the voltage level in various circuit-mode conditions.
Следует отметить, что ввод в эксплуатацию новых источников распределенной генерации (РГ) в России происходит в основном за счет строительства электростанций с газопоршневыми, дизельными и газотурбинными генерирующими установками (ГУ), которые, как правило, подключаются к распределительным сетям или к сетям внутреннего электроснабжения предприятий и сооружаются собственниками предприятий в различных отраслях промышленности.It should be noted that the commissioning of new sources of distributed generation (RG) in Russia is mainly due to the construction of power plants with gas piston, diesel and gas turbine generating units (GU), which, as a rule, are connected to distribution networks or to internal power supply networks of enterprises and built by owners of enterprises in various industries.
Как правило, на источниках РГ используются ГУ зарубежных заводов-изготовителей, оснащенных устройствами релейной защиты (РЗ) и системами автоматического регулирования частоты вращения (АРЧВ) и возбуждения (АРВ), которые соответствуют требованиям зарубежных национальных стандартов для применения в энергосистемах, имеющих особенности, которые определяют характер протекания переходных процессов и параметры анормальных режимов. К таким особенностям можно отнести, например, максимально допустимое время ликвидации КЗ, допустимость применения несинхронного автоматического повторного включения (НАПВ), допустимость выделения энергорайона с РГ на островной режим работы, принципы резервирования основных защит, наличие устройств противоаварийной автоматики, структуру промышленной нагрузки и др. As a rule, the sources of the WG use the GU of foreign manufacturers, equipped with relay protection devices (RP) and automatic speed control (ARV) and excitation (ARV) systems that meet the requirements of foreign national standards for use in power systems that have features that determine the nature of the transition process and the parameters of abnormal conditions. Such features include, for example, the maximum permissible time for eliminating faults, the permissibility of using non-synchronous automatic restart (NAP), the permissibility of allocating an energy area from the RG to the island mode of operation, the principles of redundancy of basic protection, the availability of emergency control devices, the structure of the industrial load, etc.
В технической документации на ГУ отдельные зарубежные заводы-изготовители указывают следующие параметры настройки устройств РЗ ГУ, действующие на отключение генераторного выключателя, если в течение 200 мс во всех трех фазах напряжение 110% или ниже 90% от номинального. У других заводов-изготовителей уставки по времени срабатывания устройств РЗ при снижении напряжения несколько выше (до 5 с), однако, с учетом времени срабатывания резервных защит элементов прилегающей сети, особенно уставок срабатывания защит дальнего резервирования, избежать отключений ГУ не представляется возможным. Следствие такого подхода зарубежных заводов-изготовителей ГУ - сужение области допустимых режимов для ГУ. В отечественных энергосистемах применение таких ГУ приводит к их излишним отключениям при правильных действиях устройств РЗ прилегающей сети и без возникновения опасных для ГУ режимов, создавая для технологического процесса промышленного предприятия аварийные условия.In the technical documentation for the control units, individual foreign manufacturers indicate the following settings for the devices of the auxiliary switchgear, which act to trip the generator circuit breaker if within 200 ms in all three phases the voltage is 110% or below 90% of the nominal. At other manufacturers, the settings for the response time of the RE devices when the voltage is reduced is slightly higher (up to 5 s), however, taking into account the response time of the backup protection elements of the adjacent network, especially the settings for the operation of the protection of long-range backups, it is not possible to avoid power outages. A consequence of this approach of foreign manufacturers of PG - narrowing the area of acceptable modes for PG. In domestic energy systems, the use of such power plants leads to their excessive shutdowns with the correct actions of the relay devices of the adjacent network and without the occurrence of dangerous modes for the power plants, creating emergency conditions for the technological process of an industrial enterprise.
Рассмотрим пример одного из промышленных предприятий, принявшего решение о сооружении собственного источника РГ. Проектом было предусмотрено, что ГУ выдают мощность в сеть внутреннего электроснабжения предприятия напряжением 6 кВ, при этом объем электропотребления из распределительных сетей уменьшается ≈ в 2 раза. Ввод в эксплуатацию источника РГ не привел к ожидаемому экономическому эффекту из-за снижения надежности электроснабжения собственных потребителей, так как количество аварийных остановов основного производственного процесса, связанных с провалами напряжения и прочими возмущениями во внешней электрической сети, увеличилось ≈ в 3 раза. Механизм данного явления следующий - многочисленные колебания параметров электрического режима, влияния которых было недостаточно, до присоединения источника РГ, для останова основного производственного процесса, оказались достаточными для отключения ГУ. В свою очередь отключение ГУ в сети внутреннего электроснабжения стало приводить к нарушению баланса реактивной мощности в узле нагрузки, снижению напряжения и отключению всех потребителей основного производственного процесса. В результате увеличились объемы брака, ускорились процессы износа основного оборудования, существенно снизилась энергоэффективность производства.Consider the example of one of the industrial enterprises that made the decision to build its own source of WG. The project envisaged that the GU supply power to the enterprise’s internal power supply network with a voltage of 6 kV, while the volume of electricity consumption from distribution networks decreases ≈ 2 times. The commissioning of the RG source did not lead to the expected economic effect due to a decrease in the reliability of power supply to its own consumers, since the number of emergency shutdowns of the main production process associated with voltage dips and other disturbances in the external electric network increased ≈ 3 times. The mechanism of this phenomenon is as follows - numerous fluctuations in the parameters of the electric mode, the influence of which was not enough, before connecting the source of the generator, to stop the main production process, were sufficient to turn off the switchgear. In turn, the disconnection of the switchgear in the internal power supply network began to disrupt the balance of reactive power in the load node, reduce the voltage and turn off all consumers of the main production process. As a result, the volume of rejects increased, the processes of depreciation of the main equipment accelerated, and the energy efficiency of production decreased significantly.
Нормирование показателей качества электроэнергии на границе балансовой принадлежности между электросетевой компанией и потребителем производится во всех режимах работы сетей внешнего электроснабжения, за исключением содержащих режимные отклонения, связанные со случайными событиями. К таким событиям относятся: провалы напряжения (< 90% номинального (согласованного) фазного напряжения хотя бы в одной фазе), прерывания напряжения (< 5% номинального (согласованного) фазного напряжения во всех фазах), а также перенапряжения и импульсные напряжения (коммутационные и атмосферные).Electric power quality indicators are normalized on the border of the balance between the electric grid company and the consumer in all operating modes of external power supply networks, with the exception of mode deviations associated with random events. Such events include: voltage dips (<90% of the nominal (matched) phase voltage in at least one phase), voltage interruptions (<5% of the nominal (matched) phase voltage in all phases), as well as overvoltage and surge voltage (switching and atmospheric).
Поэтому циклы короткое замыкание (КЗ) - автоматическое повторное включение (АПВ), автоматический ввод резерва (АВР) и связанные с ними самозапуски двигательной нагрузки, составляющие подавляющее большинство случаев кратковременного снижения напряжения, относятся к провалам или прерываниям напряжения. Однако характеристики провалов и прерываний напряжения не устанавливаются в договорах между потребителем и сетевой компанией, ввиду отсутствия их регламентированных значений в нормативно-технических документах.Therefore, short circuit cycles (short circuit) - automatic restart (AR), automatic reserve input (ATS) and the associated self-starting of the motor load, which make up the vast majority of cases of short-term voltage reduction, are related to voltage dips or interruptions. However, the characteristics of voltage dips and interruptions are not established in the contracts between the consumer and the network company, due to the absence of their regulated values in the regulatory and technical documents.
В данных обстоятельствах, собственники источников РГ после ввода их в эксплуатацию сталкиваются с вышеуказанными негативными техническими и финансовыми последствиями. В таких условиях необходимо произвести выбор одного или нескольких экономически обоснованных технических решений, реализация которых позволила бы существенно снизить количество отключений ГУ при возмущениях с провалами напряжения для снижения величины ущербов. In these circumstances, the owners of the sources of the WG after putting them into operation face the above negative technical and financial consequences. In such conditions, it is necessary to select one or more economically feasible technical solutions, the implementation of which would significantly reduce the number of blackouts during disturbances with voltage dips to reduce damage.
Стремление зарубежных заводов-изготовителей, которые поставляются ГУ на экспорт, максимально защитить свою продукцию от длительного влияния всевозможных анормальных режимов, которые могут возникать в процессе эксплуатации, тем самым избегая претензий покупателей по качеству ГУ в пределах гарантийного срока эксплуатации, понятно. Уставки устройств РЗ ГУ по снижению напряжения заданы заводом-изготовителем и не подлежат изменению без специального согласования с их стороны. Целый ряд заводов-изготовителей отказываются согласовывать изменения уставок устройств РЗ ГУ в течение всего гарантийного срока эксплуатации. При самовольном изменении уставок устройств РЗ собственником ГУ гарантийные обязательства снимаются заводом-изготовителем в одностороннем порядке в соответствии с условиями договора на поставку. The desire of foreign manufacturers that supply GU for export, to protect their products as much as possible from the long-term influence of all kinds of abnormal conditions that may occur during operation, thereby avoiding customer claims about the quality of GU within the warranty period of operation, it is understandable. The settings of the relay protection devices for voltage reduction are set by the manufacturer and are not subject to change without special approval on their part. A number of manufacturers refuse to agree on changes in the settings of the RE devices during the entire warranty period. In the event of an unauthorized change in the settings of the RE devices by the owner of the GU, the warranty is withdrawn by the manufacturer unilaterally in accordance with the terms of the supply agreement.
Основной причиной возникновения провалов напряжения в сетях 110-220 кВ в большинстве случаев являются однофазные КЗ на ВЛ, составляющие, согласно статистике, 70% от общего числа, при этом двухфазные и трехфазные КЗ составляют 20% и 10% соответственно. Для кабельных сетей 6-10 кВ преобладающими являются однофазные замыкания на землю. Характерными (средними) для распределительных сетей России являются провалы напряжения глубиной 35-99%, длительностью 1,5-3 c и параметрами потока 10-30 провалов (и более) в год.The main reason for the occurrence of voltage dips in 110-220 kV networks in most cases is single-phase short-circuit on overhead lines, which, according to statistics, make up 70% of the total number, while two-phase and three-phase short-circuit are 20% and 10%, respectively. For cable networks of 6-10 kV, single-phase earth faults are predominant. Typical (average) for distribution networks in Russia are voltage dips of 35-99% depth, duration 1.5-3 s and flow parameters of 10-30 dips (or more) per year.
Однако, учитывая то, что характеристики провалов напряжения не устанавливаются в договорах с сетевыми компаниями, ввиду отсутствия их регламентированных значений в нормативно-технических документах, и соответственно у сетевых компаний юридической ответственности не возникает, а, следовательно, никакие мероприятия ими не планируются и не реализуются.However, taking into account the fact that the characteristics of voltage dips are not established in contracts with network companies, due to the absence of their regulated values in regulatory and technical documents, and accordingly, network companies do not have legal liability, and, therefore, they do not plan or implement any activities .
Наиболее реальным техническим мероприятием, которое может реализовать собственник источника РГ на самом источнике РГ - это применить накопитель электрической энергии (НЭЭ), чтобы своевременно выводить параметры режима работы ГУ из зоны, в которой возможны излишние их отключения из-за провалов напряжения.The most feasible technical measure that the owner of the RG source can implement at the RG source itself is to use an electric energy storage device (NEE) in order to promptly derive the parameters of the operation mode of the power unit from the zone in which their excessive shutdowns due to voltage dips are possible.
Приступая к выбору системы управления и технических характеристик НЭЭ в промышленных энергорайонах с источниками РГ, необходимо учитывать следующее:When starting to choose a control system and technical characteristics of NEE in industrial energy areas with sources of RG, it is necessary to consider the following:
- НЭЭ должен не только содействовать нормализации параметров режима ГУ сразу после возмущения, предотвращая излишние отключения ГУ, но и способствовать восстановлению нормальной работы электродвигателей после КЗ и других нарушений в сетях электроснабжения;- The NEE should not only contribute to the normalization of the parameters of the GI mode immediately after the disturbance, preventing unnecessary shutdowns of the GI, but also to restore the normal operation of electric motors after a short circuit and other irregularities in the power supply networks;
- поскольку НЭЭ будет влиять на режим работы всего энергорайона, а это потребует значительной его мощности, то технически и экономически целесообразно реализовывать дополнительно и локальные мероприятия: автоматическое ограничение суммарной мощности электродвигателей, одновременно участвующих в самозапусках, применение автоматики повторных пусков электродвигателей, замена прямых пусков на частотные пуски и др.;- since the NOE will affect the operating mode of the entire energy district, and this will require significant power, it is technically and economically feasible to implement additional local measures: automatic limitation of the total power of electric motors simultaneously participating in self-starts, the use of automatic restart motors, replacing direct starts with frequency starts, etc .;
- проверки возможности излишних отключений ГУ устройствами РЗ должны выполняться для всех возмущений, имеющих в данных конкретных условиях значимую вероятность, причем не только для самых худших случаев (трехфазные КЗ, близкие к ГУ), но и для удаленных КЗ и других возмущений (в частности, НАПВ на связях, удаленных от ГУ);- checks of the possibility of excessive shutdowns of the GU by RP devices should be performed for all disturbances that have a significant probability in these specific conditions, not only for the worst cases (three-phase faults close to the GU), but also for remote faults and other disturbances (in particular, NAPV on communications remote from the state);
- целесообразно проведение проверок срабатывания устройств РЗ ГУ при несимметричных возмущениях и, соответственно, в условиях аварийной и послеаварийной несимметрии напряжений.- it is advisable to carry out checks of the operation of the RE relay devices with asymmetric disturbances and, accordingly, in conditions of emergency and post-emergency voltage unbalance.
Требования к формированию и реализации управляющих воздействий (УВ) на НЭЭ, направленных на нормализацию режима работы ГУ, должны учитывать следующее:The requirements for the formation and implementation of control actions (HC) on the NOE, aimed at normalizing the operating mode of the GU, should take into account the following:
- необходим быстрый ввод УВ, с временем исполнения до 30 мс, по схемно-режимным условиям, свидетельствующим о возникновении режима, в котором возможно отключение ГУ устройствами РЗ по снижению напряжения;- you need a quick input of the HC, with a runtime of up to 30 ms, according to the circuit-mode conditions, indicating the emergence of a mode in which it is possible to turn off the PG devices of the RE to reduce voltage;
- ввод УВ, пока не ликвидировано многофазное КЗ, не эффективен; - input of hydrocarbons, until multiphase fault is eliminated, is not effective;
- при необходимости, с учетом параметров и характера переходного процесса, возможет потребоваться повторная реализация УВ с пуском по отклонению контролируемого параметра - снижению напряжения;- if necessary, taking into account the parameters and the nature of the transition process, it may be necessary to re-implement the shock wave with a start to deviate the controlled parameter — to reduce the voltage;
- реактивная мощность, выдаваемая НЭЭ в переходном процессе, задается и реализуется при текущей частоте, т. е. управление частотой выдаваемого тока - ведомое, а не ведущее, что вело бы к усложнению системы управления инвертором НЭЭ.- the reactive power generated by the NEE in the transient is set and implemented at the current frequency, i.e., the control of the frequency of the generated current is driven rather than leading, which would complicate the control system of the NEE inverter.
Учитывая вышеизложенное, на стадии разработки проекта технологического присоединения источника РГ необходимо выполнять комплексное моделирование вероятных анормальных режимов, с учетом установленных в прилегающей сети устройств РЗА, коммутационных аппаратов, а также фактической статистике возмущений. Дополнительно, для минимизации или устранения потенциальных рисков излишних отключений ГУ при провалах напряжения, требуется определение оптимальных параметров НЭЭ и на основании расчетов доказать их эффективность в различных схемно-режимных ситуациях. Considering the above, at the stage of development of the project for technological connection of the source of the generator, it is necessary to carry out a comprehensive simulation of the probable abnormal conditions, taking into account the installed relay protection devices, switching devices, as well as the actual statistics of disturbances. Additionally, in order to minimize or eliminate the potential risks of excessive blackouts during voltage dips, it is necessary to determine the optimal parameters of NOE and, based on calculations, to prove their effectiveness in various circuit-mode situations.
Применение НЭЭ высокого напряжения на источнике РГ, с его подключением к генераторной шине, позволяет решать задачу введения напряжение на генераторной шине в допустимую зонуThe use of high voltage NEE at the source of the RG, with its connection to the generator bus, allows us to solve the problem of introducing voltage on the generator bus into the permissible zone
U min < U < U max, U min < U < U max ,
где: U min и U max - уставки устройств РЗ ГУ по снижению напряжению. where: U min and U max are the settings of the relay protection devices for voltage reduction.
Поставленная задача должна решаться за время, которое меньшее выдержки времени указанной защиты.The task should be solved in a time that is less than the time delay of the specified protection.
Внешнее управление напряжением может быть реальным только после ликвидации КЗ. Если длительности КЗ таковы, что устройства РЗ ГУ по снижению напряжения могут сработать во время КЗ, то инжекция реактивной мощности от НЭЭ не эффективна и сокращение времени ликвидации КЗ становится безальтернативным техническим решением.External voltage control can be real only after short circuit elimination. If the short circuit durations are such that the devices of the low voltage switchgear for voltage reduction can work during the short circuit, then the injection of reactive power from the NEE is not effective and the reduction of the short circuit elimination time becomes an uncontested technical solution.
В промышленных энергорайонах с источниками РГ целесообразно реализовать простейшее управление реактивной мощностью НЭЭ по типу форсировки - это нулевая мощность в нормальном режиме и выдача максимума, если напряжение меньше заданной величины. In industrial energy regions with RG sources, it is advisable to implement the simplest control of the NEE reactive power by the type of forcing - this is zero power in normal mode and maximum output if the voltage is less than a specified value.
Форсированный режим может быть задан - при текущем напряжении НЭЭ и текущей частоте - либо величиной реактивного тока I УВ, либо мощностью Q УВ. Когда режим приближается к нормальному, полезно снижать задание I УВ, иначе вероятен заброс напряжения вверх (в конце самозапуска двигателей из-за значительного снижения их суммарно потребляемого тока) со срабатыванием устройств РЗ ГУ по факту повышению напряжения. Если же задается не I УВ, а Q УВ, то при повышении текущего напряжения ток I УВ снижается без дополнительного управления. В приведенных ниже расчетах электромеханических переходных процессов используется именно этот вариант УВ.The forced mode can be set - at the current voltage of the NEE and the current frequency - either by the magnitude of the reactive current I HC , or by the power Q HC . When the mode approaches normal, it is useful to reduce the I- HC task, otherwise a voltage surge is likely up (at the end of the self-starting of the motors due to a significant decrease in their total current consumption) with the triggering of the relay protection devices after the voltage increases. If it is not I I HC that is specified, but Q HC , then with increasing current voltage, the current I HC decreases without additional control. In the calculations of electromechanical transients below, this particular HC option is used.
Снимать УВ на НЭЭ не следует, пока существует вероятность повторного торможения электродвигателей с соответствующим понижением напряжения. С другой стороны, когда большинство электродвигателей достигло нормальной скорости вращения, избыточная генерация реактивной мощности ведет к повышенным напряжениям. На основании анализа результатов расчетов, оптимальное напряжение снятия УВ приблизительно равно номинальному напряжению сети, в которой работают ГУ (в выполненных расчетах напряжение на генераторной шине, соответствующее снятию УВ, равно 6 кВ).It is not necessary to remove HC on the NEE, as long as there is a possibility of repeated braking of electric motors with a corresponding decrease in voltage. On the other hand, when most electric motors have reached normal speed of rotation, excessive generation of reactive power leads to increased voltages. Based on the analysis of the calculation results, the optimal voltage for removing the HC is approximately equal to the rated voltage of the network in which the GUs operate (in the calculations, the voltage on the generator bus corresponding to the removal of the HC is 6 kV).
Для оценки величины необходимого управления напряжением на фиг. 1 представлен упрощенный вид расчетной схемы энергорайона, в котором расположено промышленное предприятие с источником РГ, в расчетной схеме однотипные ГУ заменены эквивалентными суммарной мощности. Шины бесконечной мощности (ШБМ) отображают все внешние источники эквивалентной неизменной ЭДС за сопротивлением, соответствующим мощности КЗ.To estimate the magnitude of the required voltage control in FIG. Figure 1 shows a simplified view of the design scheme of the energy district, in which an industrial enterprise with a source of RG is located, in the design scheme, the same type of power plants are replaced by equivalent total power. Infinite Power Bus (BWM) displays all external sources of equivalent constant emf for resistance corresponding to short-circuit power.
Для выполнения моделирования приняты в качестве основных расчетных вариантов - трехфазные КЗ в разных точках сети, в том числе вблизи генераторной шины.To perform the simulation, three-phase faults at different points of the network, including near the generator bus, were accepted as the main design options.
При моделировании промышленного энергорайона по схеме (фиг. 1) принято электропотребление 20 МВт. Состав нагрузки по потребляемым мощностям: доля синхронных двигателей (СД) в суммарной нагрузке - 10%, доля асинхронных двигателей (АД) - 62%, статическая нагрузка (освещение, печи, сварка и т.п.) - 28%. Параметры эквивалентных АД различаются значениями статического момента сопротивления: M стат / M ном = 0,2 (для АД, составляющих 20% их суммарного потребления), 0,4 (70%) и 0,8 (10%) соответственно. Суммарная номинальная мощность работающих ГУ в расчетах варьировалась. Реализация УВ осуществляется на НЭЭ, присоединенный к генераторной шине в точке В (фиг. 1). When modeling the industrial energy district according to the scheme (Fig. 1), the power consumption of 20 MW was adopted. The composition of the load in terms of power consumption: the share of synchronous motors (DM) in the total load - 10%, the share of asynchronous motors (AM) - 62%, static load (lighting, furnaces, welding, etc.) - 28%. The parameters of equivalent blood pressure differ by the values of the static moment of resistance: M stat / M nom = 0.2 (for blood pressure constituting 20% of their total consumption), 0.4 (70%) and 0.8 (10%), respectively. The total rated power of the operating GUs in the calculations varied. Implementation of hydrocarbons is carried out on the NEE connected to the generator bus at point B (Fig. 1).
В основном варианте по составу нагрузки и при суммарной номинальной мощности ГУ 10 МВт (генераторы в предаварийном режиме загружены на 100%) начальные значения периодических составляющих тока трехфазного КЗ: на шинах А 1 и А 2 - 2,22 кА, Б - 2,31 кА, в точке В - 12,73 кА, мощность КЗ в А 1 и А 2 - 423 МВА.In the main version, according to the composition of the load and at the total rated power of the
Основные расчетные возмущения - трехфазные КЗ: в сети 6 кВ - в точке В наиболее сильные и для нагрузки, и для ГУ, и на напряжении 110 кВ в точке Б ; рассматриваются КЗ без отключения питающих линий электропередачи, длительность КЗ - 0,18 с; УВ вводится через 30 мс после ликвидации КЗ.The main design disturbances are three-phase faults: in a 6 kV network, at point B, the strongest are both for the load and for the GI, and at a voltage of 110 kV at point B ; Short circuit is considered without disconnecting the supply power lines, short circuit duration - 0.18 s; HC is introduced 30 ms after the elimination of faults.
Во всех расчетах самопроизвольные или от действия защит минимального напряжения отключения электроприемников не рассматриваются. В реальных расчетных условиях это иначе, то объемы УВ на отключение части нагрузки необходимо соответственно уменьшать.In all calculations, spontaneous or under the protection of the minimum voltage, the disconnection of power consumers is not considered. In real design conditions, this is different, then the HC volumes to disconnect part of the load must be reduced accordingly.
Здесь и далее ΔU - повышение напряжения на генераторной шине в момент включения НЭЭ с выдачей заданной реактивной мощности Q УВ; Δt - время, в течение которого напряжение на генераторной шине ниже U min = 5,67 кВ (90% от номинального напряжения ГУ, равного 6,3 кВ). На графиках - напряжение U, кВ на шинах; скольжения некоторых АД s, %; мощность, поступающая от НЭЭ, Q УВ, Мвар; стрелками показано время Δt, в течение которого U < U min.Hereinafter, Δ U is the voltage increase on the generator bus at the time of switching on the NOE with the issuance of a given reactive power Q HC ; Δ t is the time during which the voltage on the generator bus is lower than U min = 5.67 kV (90% of the nominal voltage of the equal to 6.3 kV). On the graphs - voltage U , kV on tires; slip of some blood pressure s ,%; power coming from NEE, Q HC , Mvar; the arrows show the time Δ t during which U < U min .
Примеры процессов при КЗ в точке В показаны на фиг. 2 а-г: первый процесс - без УВ, три следующих - с использованием одной и той же генерации Q УВ = 10 Мвар, но с различной продолжительностью УВ после того, как напряжение достигнет 6 кВ. Examples of short-circuit processes at point B are shown in FIG. 2 a-d : the first process - without SW, the next three - using the same generation Q SW = 10 Mvar, but with different duration of the SW after the voltage reaches 6 kV.
Можно сделать вывод, что длительность УВ на НЭЭ (фиг. 2 а-г) не оказывает существенного влияния на время Δt, если она не меньше продолжительности самозапуска электродвигателей нагрузки.It can be concluded that the duration of the shock wave at the NEE (Fig. 2 a-d ) does not significantly affect the time Δ t if it is not less than the duration of the self-starting of the load motors.
Зависимость ΔU (величина мгновенного повышения напряжения в момент введения УВ на НЭЭ, представленная на фиг 2б, от объема УВ (Q УВ) близка к линейной и почти одинакова для разных составов нагрузки, это иллюстрирует фиг. 3, построенная при P ГУ = 10 МВт = 50% P нΣ для случая КЗ в точке В продолжительностью 0,18 с (уменьшена суммарная мощность АД - ремонтный режим нагрузки).Dependence ΔU (the magnitude of the instantaneous increase in voltage at the time of introduction of hydrocarbons on the NEE, presented in Fig 2b, from the volume of hydrocarbons (Q HC) is close to linear and almost the same for different load compositions, as illustrated in FIG. 3, built atP GU = 10 MW = 50%P nΣ for the case of short circuit at the point AT 0.18 s duration (total BP power reduced - repair load mode).
Сокращение - благодаря рассматриваемому объему УВ - времени Δt, в течение которого напряжение на генераторной шине ниже U min, показано на фиг. 4 (D двиг - суммарная мощность электродвигателей в составе нагрузки, %). Это сокращение тем более заметно, чем больше располагаемая мощность Q УВ. Здесь наибольший эффект в отношении Δt получается, когда Q УВ / P ГУ ≈ 0,4-0,5; основными параметрами, влияющими на величину Δt, являются относительная мощность P ГУ / P нΣ и мощность КЗ на генераторной шине.Reduction - due to the considered volume of hydrocarbon - time Δtduring which the voltage on the generator bus is lowerU minshown in FIG. 4 (D motor - total power of electric motors as part of the load,%). This reduction is all the more noticeable, the greater the available powerQ HC. Here the greatest effect with respect to Δt it turns out whenQ HC /P GU ≈ 0.4-0.5; main parameters affecting Δtare relative powerP GU / P nΣ and short-circuit power on the generator bus.
Выполняя расчетную проверку эффективности УВ, нужно иметь в виду, что величина Δt, измеренная по графику переходного процесса, зависит от того, как в каждом процессе накладываются изменения напряжения в ходе самозапуска электродвигателей на синхронные качания генераторов. Незначительные изменения в этих компонентах переходного процесса могут создавать заметные изменения Δt. Нелинейности функций Δt=f(Q УВ), обусловленные указанным обстоятельством, видны на левом графике фиг. 4.When performing a calculated check of the efficiency of hydrocarbons, it must be borne in mind that the value of Δ t , measured according to the schedule of the transient process, depends on how voltage changes during self-start of electric motors are superimposed on synchronous oscillations of the generators. Minor changes in these components of the transition process can create noticeable changes in Δ t . The nonlinearity of the functions Δ t = f ( Q HC ), due to this circumstance, are visible on the left graph of FIG. 4.
Аналогичные переходные процессы получаются и тогда, когда без УВ самозапуск части двигателей невозможен. Пример такого переходного процесса при P ГУ / P нΣ = 50% показан на фиг. 5. При отсутствии УВ группа АД с суммарной мощностью 4 МВт тормозится и останавливается, у второй группы той же мощности процесс самозапуска составляет более 10 с (фиг. 5 а). Ведение УВ на НЭЭ позволяет выбрать величину Q УВ, достаточную, чтобы восстановление нормальной работы электродвигателей произошло за допустимое время. Последствия трехфазного КЗ длительностью 0,18 с на напряжении 6 кВ с отключением одного из двух трансформаторов 110/6 кВ показаны на фиг. 5 б-г, с разной величиной Q УВ / PГУ.Similar transients are obtained when self-starting of a part of the engines is impossible without HC. An example of such a transient process with P PG / P nΣ = 50% is shown in FIG. 5. In the absence of a shock wave, the HELL group with a total power of 4 MW is braked and stopped; in the second group of the same power, the self-starting process is more than 10 s (Fig. 5 a ). Maintaining HC on the NEE allows you to select the value of Q HC sufficient to restore normal operation of the electric motors in an acceptable time. The consequences of a three-phase short circuit of 0.18 s duration at a voltage of 6 kV with the disconnection of one of the two
Зависимость длительности УВ (T УВ) и израсходованного количества электричества (I УВ· T УВ, Ампер-секунды) от величины УВ для схемно-режимных условий, представленных на фиг. 5 б-г, приведена на фиг. 6.Dependence of the duration of the shock wave ( T shock wave ) and the consumed amount of electricity ( I shock wave · T shock wave , Amp-second) on the value of the shock wave for the circuit-mode conditions shown in FIG. 5 b - d , is shown in FIG. 6.
В рассмотренных выше процессах УВ на выдачу реактивной мощности от НЭЭ вводилось после ликвидации КЗ через 30 мс, при этом время отклика НЭЭ для современных устройств составляет ≈ 5 мс. Однако приходится учитывать, что в случаях, когда КЗ происходит вне зоны, контролируемой системой автоматического управления НЭЭ, получение быстрой и надежной информации о его ликвидации вызывает значительные трудности. In the above processes, the HC for the delivery of reactive power from the NEE was introduced after the elimination of faults after 30 ms, while the response time of the NEE for modern devices is ≈ 5 ms. However, it is necessary to take into account that in cases where short-circuit occurs outside the zone controlled by the automatic NEE control system, obtaining fast and reliable information on its elimination causes considerable difficulties.
В таком случае для фиксации момента возникновения КЗ остается использовать момент начала провала напряжения ниже заданной уставки. Для получения максимального эффекта от реализации УВ, нужно вводить его исходя из минимальной продолжительности КЗ для установленных устройств РЗ и коммутационных аппаратов, но с предварительной расчетной проверкой допустимости коммутации тока КЗ, с учетом тока подпитки от НЭЭ.In this case, to fix the moment of short-circuit occurrence, it remains to use the moment of the beginning of the voltage dip below the specified setting. To obtain the maximum effect from the implementation of the HC, it is necessary to introduce it based on the minimum short-circuit time for installed RE devices and switching devices, but with a preliminary calculated check of the permissibility of short-circuit current switching, taking into account the make-up current from the NEE.
На фиг. 7 представлены результаты расчетов необходимых объемов УВ при различных трехфазных КЗ в сети 6 кВ (провалы напряжения - почти до нуля, T КЗ - до 2 с) в разных точках сети (принято, что КЗ происходят на варьируемых удалениях от генераторной шины и с варьируемой длительностью), при P ГУ / P нΣ = 25%. Принято, что НЭЭ реализует УВ в заданном объеме Q УВ через 0,15°с после возникновения КЗ. Возмущения моделировались согласно схеме (фиг. 1), но в ремонтном ее состоянии, когда отключен один из двух трансформаторов 110/6 кВ и включен секционный выключатель 6 кВ. In FIG. Figure 7 presents the results of calculations of the required HC volumes for various three-phase short circuit in a 6 kV network (voltage dips - almost to zero,T KZ - up to 2 s) at different points in the network (it is accepted that short-circuit occurs at variable distances from the generator bus and with a variable duration), atP GU/P nΣ = 25%. It is accepted that NEE implements HC in a given volumeQ HC 0.15 ° C after the occurrence of a short circuit. The perturbations were modeled according to the scheme (Fig. 1), but in its repair state when one of the two
Интенсивность КЗ оценивается провалом напряжения на генераторной шине в начале трехфазного КЗ: The short-circuit intensity is estimated by the voltage dip on the generator bus at the beginning of a three-phase short circuit:
ΔU КЗ.0 = 1 - U КЗ / U ном, ΔU KZ.0 = 1 - U KZ / U nom ,
где: U ном = 6,0 кВ, длительность КЗ (T КЗ). where: U nom = 6.0 kV, short-circuit duration ( T short-circuit ).
Процесс считается удовлетворительным, если:A process is considered satisfactory if:
- устройство РЗ ГУ по снижению напряжения не срабатывает ни при КЗ, ни в переходном процессе после ликвидации КЗ (здесь U min = 90% от 6,3 кВ, выдержка времени 5 с);- the device of the low voltage switchgear for voltage reduction does not work either during short circuit or in the transition process after short circuit elimination (here U min = 90% of 6.3 kV, time delay 5 s);
- все электроприемники остаются включенными в сеть;- all power consumers remain plugged in;
- перерыв в нормальной работе электроприемников не превышает 8 с.- a break in the normal operation of power receivers does not exceed 8 s.
На фиг. 8 представлен переходный процесс для варианта A на фиг. 7, предельно допустимый по управлению напряжением.In FIG. Figure 8 shows the transient for option A in FIG. 7, the maximum allowable voltage control.
Во всех вариантах расчетов плавная регулировка выдачи реактивной мощности НЭЭ не применялась, хотя в некоторых случаях она может быть необходима, но исходя из полученных результатов моделирования, для рассматриваемой задачи она не является обязательной.In all calculation options, smooth adjustment of the output of the NEE reactive power was not used, although in some cases it may be necessary, but based on the obtained simulation results, it is not mandatory for the problem under consideration.
В конкретных условиях постановка расчетных задач может изменяться. В основном это относится к алгоритмам работы и параметрам настройки устройств РЗ, алгоритмам управления отключениями и включениями электродвигателей, а также к конкретизации критериев, по которым определяется допустимость переходных процессов для ГУ источников РГ и групп электроприемников.In specific conditions, the formulation of calculation problems may vary. This mainly relates to the operation algorithms and settings of the RE devices, the control algorithms for turning off and on the electric motors, as well as to the specification of the criteria by which the admissibility of transient processes for PG sources of the RG and groups of electrical receivers is determined.
Основные факторы, от которых зависит необходимость УВ на НЭЭ и их объемы, - это, прежде всего, состав нагрузки энергорайона и результирующая устойчивость электродвигателей переменного тока. Здесь подразумеваются как их собственные параметры, так и сопротивления их связей с мощными внешними источниками, эквивалентная величина которых определяется величиной S КЗ.The main factors on which the need for HC on NEE and their volumes depend are, first of all, the load composition of the energy district and the resulting stability of AC electric motors. Here, they mean both their own parameters and the resistances of their connections with powerful external sources, the equivalent value of which is determined by the value of S SC .
Последнее характеризует фиг. 9 (ИС - исходная схема внешнего электроснабжения энергорайона), где показано, как зависят предельно допустимые длительности трехфазных КЗ в ремонтном схеме от предаварийного значения S КЗ.The latter characterizes FIG. 9 (IP - the initial circuit of external power supply of the energy district), where it is shown how the maximum allowable durations of three-phase short-circuit in the repair circuit depend on the pre-emergency value S KZ .
Предельно допустимые длительности трехфазных КЗ определяются из условия сохранения в работе всех ГУ, а также всех электроприемников, с ограничением продолжительности перерыва их нормальной работы величиной 8 с. В выполненных расчетах P нΣ = 20 МВт (S н = 21,4 МВА), суммарная величина генерации ГУ источника РГ - 10 МВт.The maximum permissible durations of three-phase short-circuit are determined from the condition that all PGs, as well as all power receivers, are kept in operation, with a limitation of the duration of their normal operation interruption of 8 s. In the performed calculations, P nΣ = 20 MW ( S n = 21.4 MVA), the total generation value of the PG of the RG source is 10 MW.
Представленные графики указывают на то, что при выборе объемов УВ необходимо учитывать, прежде всего, такие схемно-режимные условия, которые соответствуют ремонтной схеме в сети внешнего электроснабжения. The graphs presented indicate that when choosing HC volumes, it is necessary to take into account, first of all, such circuit-operating conditions that correspond to the repair scheme in the external power supply network.
Таким образом, при формировании технических решений по надежному электроснабжению промышленных потребителей в энергорайонах с источниками РГ необходимо учитывать следующие особенности:Thus, when forming technical solutions for reliable power supply to industrial consumers in energy areas with RG sources, it is necessary to take into account the following features:
- излишние отключения ГУ источников РГ зарубежных заводов-изготовителей действием устройств РЗ при провалах напряжения, без возникновения опасных для ГУ режимов, нередко приводят к нарушениям основного технологического процесса на предприятиях со значительными ущербами. Целесообразно до приобретения ГУ изучать их технические характеристики, алгоритмы работы и параметры настройки устройств РЗ, а также особенности функционирования систем автоматического регулирования (управления), как в нормальных, так и в различных анормальных режимах;- excessive shutdowns of GU sources of RG from foreign manufacturers by the action of RE devices during voltage dips, without the occurrence of dangerous modes for GU, often lead to violations of the main technological process at enterprises with significant damage. It is advisable, prior to acquiring the GU, to study their technical characteristics, operation algorithms and settings of the RE devices, as well as the features of the functioning of automatic control (control) systems, both in normal and in various abnormal modes;
- реализация оптимального набора экономически обоснованных технических решений может позволить существенно снизить количество излишних отключений ГУ при возмущениях с провалами напряжения и правильных действиях устройств РЗ в прилегающей сети;- the implementation of an optimal set of economically feasible technical solutions can significantly reduce the number of unnecessary blackouts during disturbances with voltage dips and the correct actions of relay devices in the adjacent network;
- результаты расчетов доказывают эффективность применения НЭЭ для расширения области допустимых режимов ГУ, предотвращая их отключения при провалах напряжения, а также нарушение электроснабжения электроприемников потребителей.- the results of the calculations prove the effectiveness of the use of NEE to expand the range of permissible modes of GIs, preventing them from being switched off during voltage dips, as well as a violation of the power supply to consumers' power consumers.
Цель изобретения - создание системы управления НЭЭ при провалах напряжения в энергорайоне с источниками распределенной генерации, обеспечивающей надежное электроснабжение и учитывающей особенности нагрузки промышленных потребителей.The purpose of the invention is the creation of a control system for NOE during voltage dips in the energy district with sources of distributed generation, providing reliable power supply and taking into account the characteristics of the load of industrial consumers.
Поставленная цель достигается системой управления накопителями электрической энергии для расширения области допустимых режимов генерирующих установок источников распределенной генерации при провалах напряжения, входящих в электротехнический комплекс, с использованием накопителя на основе аккумуляторных батарей и суперконденсаторов большой мощности, содержащей синхронный генератор, первый трансформатор тока, трансформатор напряжения, накопитель, систему управления, электронный ключ, выпрямитель, управляемый инвертор, фильтр высших гармоник, причем накопитель состоит из двух параллельно соединенных блоков, в первый из которых входит n аккумуляторных батарей, второй блок включает n суперконденсаторов, аккумуляторные батареи первого блока через электронный ключ на входе подключены к системе управления, входы которой соединены с выходами первого трансформатора тока и трансформатора напряжения, вход которого подключен к выводам синхронного генератора, оба блока накопителя подключены через управляемый инвертор и фильтр высших гармоник к выводам синхронного генератора, выход выпрямителя подключен через первый электронный ключ к входу накопителя. Согласно предложения введены (l - 1) синхронных генераторов, (l - 1) трансформаторов тока, причем выходы l синхронных генераторов объединены и образуют генераторную шину, входы l трансформаторов тока подключены к выходам соответствующих синхронных генераторов, а выходы (l - 1) трансформаторов тока, начиная со второго, подключены к входам системы управления, выход системы управления подключен к входу управляемого инвертора, вход выпрямителя подключен к генераторной шине, а генераторная шина подключена к секциям шин подстанции промышленного потребителя, дополнительно система управления имеет два входа соответственно для загрузки результатов имитационного моделирования и для приема информации о режиме функционирования промышленного энергорайона с источниками распределенной генерации.This goal is achieved by the control system of electric energy storage devices to expand the range of permissible modes of generating installations of distributed generation sources at voltage drops included in the electrical complex, using a storage device based on batteries and high-power supercapacitors containing a synchronous generator, a first current transformer, a voltage transformer, a drive, a control system, an electronic switch, a rectifier, a controlled inverter, a higher harmonic filter, the drive consisting of two parallel-connected blocks, the first of which includes n batteries, the second block includes n supercapacitors, the batteries of the first block through an electronic switch at the input connected to the control system, the inputs of which are connected to the outputs of the first current transformer and voltage transformer, the input of which is connected to the terminals of the synchronous generator, both drive units are connected via the inverter and the filter of higher harmonics to the terminals of the synchronous generator, the output of the rectifier is connected through the first electronic key to the input of the drive. According to the proposal, ( l - 1) synchronous generators, ( l - 1) current transformers were introduced, and the outputs of l synchronous generators are combined to form a generator bus, the inputs l of current transformers are connected to the outputs of the corresponding synchronous generators, and the outputs ( l - 1) of current transformers starting from the second one, they are connected to the inputs of the control system, the output of the control system is connected to the input of the controlled inverter, the input of the rectifier is connected to the generator bus, and the generator bus is connected to the bus sections of the substation of the industrial consumer, in addition, the control system has two inputs, respectively, for loading simulation results and for receiving information about the mode of operation of the industrial energy district with sources of distributed generation.
На фиг. 1 представлена упрощенная расчетная схема промышленного энергорайона с источниками распределенной генерации.In FIG. Figure 1 shows a simplified calculation scheme of an industrial energy district with sources of distributed generation.
Фиг. 2 иллюстрирует переходные процессы в следующих режимных ситуациях:FIG. 2 illustrates transients in the following operational situations:
а) при КЗ без управляющих воздействий на НЭЭ; a) in case of short circuit without controlling effects on the NOE;
б) при КЗ и снятии управляющих воздействий на НЭЭ без выдержки времени; b) during short circuit and removal of control actions on the NOE without time delay;
в) при КЗ и снятии управляющих воздействий на НЭЭ с выдержкой времени 0,1с; c) during short circuit and removal of control actions on the NOE with a time delay of 0.1 s;
г) при КЗ и снятии управляющих воздействий на НЭЭ с выдержкой времени 0,2с. d) during short circuit and removal of control actions on the NOE with a time delay of 0.2 s.
На фиг. 3. приведена зависимость скачка напряжения ΔU от величины управляющего воздействия.In FIG. 3. The dependence of the voltage jump Δ U on the magnitude of the control action is shown.
Фиг. 4. представлена зависимость времени Δt, в течение которого напряжение на генераторной шине ниже 90%.FIG. 4. The dependence of the time Δ t , during which the voltage on the generator bus is below 90%, is presented.
Фиг. 5. Иллюстрирует последствия трехфазного КЗ: а - без УВ на НЭЭ, б-г - УВ на НЭЭ с разной величиной Q УВ / P ГУ: б - 100%, в - 50%, г - 20%.FIG. 5. Illustrates effects of a three-phase fault: and - without HC in IEE, Gd - HC at IEE with different values of Q SW / P PG: b - 100% and - 50%, g - 20%.
На фиг. 6. приведена зависимость T УВ и I УВ· T УВ от объема УВ на НЭЭ.In FIG. 6. The dependence of T HC and I HC · T HC on the volume of HC on the NOE is shown.
Фиг. 7. Характеризует длительности трехфазных КЗ, максимально допустимые в рассматриваемой сети 6 кВ, при отсутствии УВ и при разных величинах Q УВ.FIG. 7. It characterizes the duration of three-phase short circuit, the maximum permissible in the considered network of 6 kV, in the absence of HC and at different values of Q HC .
Фиг. 8. Иллюстрирует переходный процесс при Q УВ = 5 Мвар, ΔU КЗ.0 = 0,91, T КЗ = 0,92 с.FIG. 8. Illustrates the transition process at Q SW = 5 Mvar, Δ U KZ.0 = 0.91, T KZ = 0.92 s.
На фиг. 9. Представлены предельно допустимые длительности трехфазных КЗ при разных величинах S КЗ.In FIG. 9. The maximum permissible durations of three-phase short-circuit are presented for different values of S short-circuit .
На фиг. 10 приведена структурная схема системы управления НЭЭ для расширения области допустимых режимов генерирующих установок источников распределенной генерации при провалах напряжения.In FIG. 10 is a structural diagram of the NEE control system for expanding the range of permissible modes of generating installations of distributed generation sources with voltage dips.
Система управления НЭЭ для расширения области допустимых режимов генерирующих установок источников распределенной генерации при провалах напряжения (фиг. 10) включает: синхронные генераторы 11…1 l , трансформаторы тока 21…2 l , трансформатор напряжения 3, накопитель 4, систему управления 5, электронный ключ 6, выпрямитель 7, управляемый инвертор 8, фильтр высших гармоник 9.The NEE control system to expand the range of permissible modes of generating installations of distributed generation sources with voltage dips (Fig. 10) includes:
Компоненты системы управления НЭЭ для расширения области допустимых режимов генерирующих установок источников распределенной генерации при провалах напряжения (фиг. 10.) соединены следующим образом: аккумуляторные батареи первого блока накопителя 4 через электронный ключ 6 на входе подключены к системе управления 5, входы которой соединены с выходами первого трансформатора тока 21 и трансформатора напряжения 3, вход которого подключен к выводам синхронного генератора 11, оба блока накопителя 4 подключены через управляемый инвертор 8 и фильтр высших гармоник 9 к выводам синхронного генератора 11, выход выпрямителя 7 подключен через электронный ключ 6 к входу накопителя 4. Выходы l синхронных генераторов 11…1 l объединены и образуют генераторную шину, входы l трансформаторов тока 21…2 l подключены к выходам соответствующих синхронных генераторов 11…1 l , а выходы (l - 1) трансформаторов тока, начиная со второго 22…2 l , подключены к входам системы управления 5, выход системы управления 5 подключен к входу управляемого инвертора 8, вход выпрямителя 7 подключен к генераторной шине, а генераторная шина подключена к секциям шин подстанции промышленного потребителя, дополнительно система управления 5 имеет два входа соответственно для загрузки результатов имитационного моделирования и для приема информации о режиме функционирования промышленного энергорайона с источниками распределенной генерации.The components of the NEE control system to expand the range of permissible modes of generating installations of distributed generation sources during voltage dips (Fig. 10.) are connected as follows: the batteries of the
Система управления НЭЭ для расширения области допустимых режимов генерирующих установок источников распределенной генерации при провалах напряжения функционирует следующим образом.The NEE control system to expand the range of permissible modes of generating installations of distributed generation sources at voltage dips operates as follows.
Для обеспечения функционирования системы управления НЭЭ для расширения области допустимых режимов генерирующих установок источников распределенной генерации при провалах напряжения выполняется предварительное имитационное моделирование, целью которого является:To ensure the functioning of the NEE control system to expand the range of permissible modes of generating installations of distributed generation sources during voltage dips, preliminary simulation is performed, the purpose of which is:
- определение нормальных и аварийных режимов функционирования промышленного энергорайона со снижением напряжения, с учетом возможного проведения ремонтных и эксплуатационных работ;- determination of normal and emergency modes of operation of the industrial energy district with voltage reduction, taking into account the possible repair and maintenance work;
- выявление режимов, в которых необходимо управление НЭЭ для расширения области допустимых режимов генерирующих установок источников распределенной генерации;- identification of modes in which NEE management is necessary to expand the range of permissible modes of generating installations of distributed generation sources;
- определение объемов управляющих воздействий на НЭЭ по величине реактивной мощности и продолжительности для обеспечения надежного электроснабжения при провалах напряжения.- determination of the volume of control actions on the NOE by the value of reactive power and duration to ensure reliable power supply during voltage dips.
Таким образом, целью предварительного имитационного моделирования является определение вариантов управления НЭЭ в различных режимах работы промышленного энергорайона. Результаты имитационного моделирования вносятся в память системы управления 5 (фиг. 10) для последующего выбора варианта функционирования системы управления НЭЭ в идентифицированном режиме работы промышленного энергорайона.Thus, the purpose of preliminary simulation is to determine the options for managing the NOE in various modes of operation of the industrial energy district. The results of simulation are entered into the memory of the control system 5 (Fig. 10) for the subsequent selection of the functioning of the NEE control system in the identified operating mode of the industrial energy district.
Информация о текущем режиме работы энергорайона может поступать в систему управления 5, например, из системы диспетчерско-технологического управления энергорайона (оперативно-информационного комплекса - ОИК), SCADA-системы или систем технологического управления промышленной нагрузки. В состав информация о текущем режиме работы энергорайона могут входить измерения токов и напряжений в узлах, а также данные о положениях коммутационных аппаратов системы внешнего и внутреннего электроснабжения энергорайона, определяющие состояние («отключено»/«в работе») электрооборудования (ГУ источников РГ, линий электропередачи, силовых трансформаторов, электроприемников потребителей и др.).Information about the current mode of operation of the energy district can go to the
В каждый момент времени на основе входной информации система управления 5 определяет текущий режим работы энергорайона. Дополнительно по измерениям напряжения на генераторной шине с использованием трансформатора напряжения 3, а также токов с выходов каждого из трансформаторов тока 21…2 l , в системе управления 5 определяется мощность, генерируемая каждым из синхронных генераторов 11…1 l , и суммарная выработка ГУ источников РГ. Исходя из текущего режима, а также расчетов мощности РГ формируются в системе управления 5 объемы УВ, необходимые для управления НЭЭ с учетом глубины и длительности провалов напряжения.At each point in time, based on the input information, the
В случае необходимости выдачи УВ при провале напряжения система управления 5 формирует сигнал на закрытие электронного ключа 6, тем самым отключая выпрямитель 7 от накопителя электрической энергии 4. С учетом необходимого объема генерации реактивной мощности системой управления НЭЭ для расширения области допустимых режимов генерирующих установок источников распределенной генерации при провалах напряжения с выхода системы управления 5 выдается управляющий сигнал на инвертор 8, который обеспечивает через фильтр высших гармоник выдачу реактивной мощности требуемой величины и длительности.If it is necessary to issue an HC when the voltage drops, the
В режиме, когда не требуется управление НЭЭ для расширения области допустимых режимов ГУ РГ при провалах напряжения, электронный ключ 6 замкнут, и через инвертор 7 осуществляет заряд накопителя электрической энергии 4, а сигналом с выхода системы управления 5 управляемый инвертор 8 закрывается для выдачи реактивной мощности на генераторную шину. Таким образом, при нормальном режиме заряженная аккумуляторная батарея подзаряжается малым током от сети, восполняя потерю емкости в результате саморазряда.In the mode when the NEE control is not required to expand the range of permissible modes of the GU RG with voltage dips, the
Необходимо отметить, что при отсутствии информации о текущем режиме на входе системы управления 5 возможно упрощенное функционирование системы управления НЭЭ для расширения области допустимых режимов ГУ РГ при провалах напряжения. При этом выдача управляющих сигналов системой управления 5 может осуществляться по измерениям напряжения, реализуемым с использованием трансформатора напряжения 3. При снижении напряжения по амплитуде ниже установленного значения (с учетом уставочных значений используемых ГУ РГ) система управления 5 выдает управляющие сигналы на ключ 6 и инвертор 8. Управляющий сигнал на инвертор 8 с учетом выработки синхронных генераторов 11…1 l определяется по величине и длительности провала напряжения, например, на основе зависимостей фиг. 7. При этом также определяются величина и длительность выдачи реактивной мощности с выхода управляемого инвертора 8 через фильтр высших гармоник 9 на генераторную шину.It should be noted that in the absence of information about the current mode at the input of the
Следует отметить, что высокое быстродействие предлагаемой системы управления НЭЭ для расширения области допустимых режимов генерирующих установок источников распределенной генерации при провалах напряжения обеспечивается заблаговременным расчетом управляющих воздействий (объемов и продолжительности) в аварийных режимах, быстрой оценкой параметров текущего режима энергорайона, а также быстрой выдачей управляющих воздействий. It should be noted that the high speed of the proposed NEE control system to expand the range of permissible modes of generating installations of distributed generation sources during voltage dips is provided by the advance calculation of control actions (volumes and duration) in emergency modes, a quick assessment of the parameters of the current regime of the energy district, as well as the quick issuance of control actions .
В заключении следует отметить, что предлагаемая система управления накопителями электрической энергии обеспечивает расширение области допустимых режимов ГУ источников РГ, выдачу УВ при возникновении провалов напряжения, препятствует отключению ГУ при снижении напряжения и, тем самым, повышает надежность электроснабжения промышленных потребителей. Таким образом достигается цель изобретения и учитываются особенности промышленных энергорайонов с источниками распределенной генерации.In conclusion, it should be noted that the proposed control system for electric energy storage devices provides an extension of the range of permissible modes of PG sources of RG, the issuance of hydrocarbons in the event of voltage dips, prevents disconnection of the PG when voltage is reduced, and thereby increases the reliability of power supply to industrial consumers. Thus, the objective of the invention is achieved and the features of industrial energy areas with sources of distributed generation are taken into account.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019139313A RU2721477C1 (en) | 2019-12-03 | 2019-12-03 | Control system of electric energy storages for expansion of range of permissible modes of generating installations of sources of distributed generation at voltage failures |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019139313A RU2721477C1 (en) | 2019-12-03 | 2019-12-03 | Control system of electric energy storages for expansion of range of permissible modes of generating installations of sources of distributed generation at voltage failures |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2721477C1 true RU2721477C1 (en) | 2020-05-19 |
Family
ID=70735388
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019139313A RU2721477C1 (en) | 2019-12-03 | 2019-12-03 | Control system of electric energy storages for expansion of range of permissible modes of generating installations of sources of distributed generation at voltage failures |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2721477C1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2153752C1 (en) * | 1999-05-07 | 2000-07-27 | Аккуратов Александр Владимирович | Process of uninterrupted electric power supply of users of electric power system operating on recommenced sources of energy |
| US6359421B1 (en) * | 1998-10-29 | 2002-03-19 | Robert Bosch Gmbh | Method for the optimized control in terms of output and efficiency of synchronous machines |
| RU2704313C1 (en) * | 2018-11-26 | 2019-10-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВО "КГЭУ") | System for boosting excitation of self-contained synchronous generator included in electrical system, using energy accumulators based on storage batteries and high-power supercapacitors |
-
2019
- 2019-12-03 RU RU2019139313A patent/RU2721477C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6359421B1 (en) * | 1998-10-29 | 2002-03-19 | Robert Bosch Gmbh | Method for the optimized control in terms of output and efficiency of synchronous machines |
| RU2153752C1 (en) * | 1999-05-07 | 2000-07-27 | Аккуратов Александр Владимирович | Process of uninterrupted electric power supply of users of electric power system operating on recommenced sources of energy |
| RU2704313C1 (en) * | 2018-11-26 | 2019-10-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВО "КГЭУ") | System for boosting excitation of self-contained synchronous generator included in electrical system, using energy accumulators based on storage batteries and high-power supercapacitors |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ilyushin et al. | Operation of automatic transfer switches in the networks with distributed generation | |
| Bhadoria et al. | A review on distributed generation definitions and DG impacts on distribution system | |
| Vasquez-Arnez et al. | Microgrid dynamic response during the pre-planned and forced islanding processes involving DFIG and synchronous generators | |
| Verma et al. | Restoration of extra-high voltage power grids through synchronous and asynchronous hydro units during blackout—A comprehensive review and case study | |
| Glassmire et al. | Using virtual synchronous generators to resolve microgrid protection challenges | |
| Foruzan et al. | Low-voltage ride-through simulation for microgrid systems | |
| Hoseinzadeh et al. | Centralized load shedding based on thermal limit of transmission lines against cascading events | |
| RU2721477C1 (en) | Control system of electric energy storages for expansion of range of permissible modes of generating installations of sources of distributed generation at voltage failures | |
| Mihalache et al. | Modeling of a small distribution grid with intermittent energy resources using MATLAB/SIMULINK | |
| Oliveira et al. | Smooth integration of rectifier-battery banks operation in real-life isolated microgrids based on renewable sources: Theory and application | |
| Klungtong et al. | Power flow monitoring and analysis for 24.6 MW at 6.9 kV bus Diesel Power Plant (DPP) using ETAP | |
| Dozein et al. | Possible negative interactions between fast frequency response from utility-scale battery storage and interconnector protection schemes | |
| Zare et al. | Microgrid restoration after major faults in main grid with automatic and constant time switching | |
| Zhang | Adaptive energy storage system control for microgrid stability enhancement | |
| Wang et al. | The existed problems and possible solutions of distributed generation microgrid operation | |
| Arduini et al. | BESS Support to DFIG-based Wind Turbines connected to medium-voltage distribution networks | |
| Barsali et al. | Use of HVDC links for power system restoration | |
| Khan | Distributed generation and power quality | |
| Jones et al. | Current Compensators for Unbalanced Electric Distribution Systems | |
| Farag et al. | The evolution for voltage and reactive power control in smart distribution systems | |
| Mwale et al. | SADC power grid reliability-a steady-state contingency analysis and strategic HVDC interconnections using the N-1 criterion | |
| Laaksonen et al. | Control principles for blackstart and island operation of microgrid | |
| Roy et al. | Peak Shaving Approach of Distribution Network | |
| Raphoolo et al. | Dynamic load-shedding for enhancement of power system stability for the Lesotho 132 kV transmission network | |
| RU2718113C1 (en) | Electric energy storage control system for expansion of range of permissible modes of generating installations of distributed generation sources at short-term frequency deviations |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20201118 Effective date: 20201118 |