МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ С УСТАНОВКАМИ РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ГЕНЕРАЦИИ

АННОТАЦИЯ

В статье представлено описание модели системы электроснабжения (СЭС) с мощной асинхронной нагрузкой, а также с установками распределенной генерации (РГ) на базе турбогенераторной установки (ТГУ) и дизель-генераторной установки (ДГУ). Эти установки могут работать в изолированном (островном) режиме на выделенную нагрузку и параллельно с электроэнергетической системой (ЭЭС). Для надежного и оптимального управления установками РГ при переходе в островной режим и подключении резервных дизель-генераторных установок (ДГУ) используются современные интеллектуальные системы управления.

Ключевые слова: система электроснабжения, установки распределенной генерации, асинхронная нагрузка.

В настоящий момент наблюдается активное использование установок распределённой генерации (РГ), которые расположены в непосредственной близости к потребителям. Такие установки позволяют разгрузить основную электрическую сеть, повысить надёжность электроснабжения и улучшить качество подаваемой электроэнергии. Внедрение современных РГ становится особенно актуальным при обновлении систем электроснабжения (СЭС), отдалённых от центральной сетевой инфраструктуры.

В действующих СЭС широко применяются турбо- и дизель-генераторные установки различной мощности, которые могут работать как в автономном режиме, обеспечивая отдельную нагрузку, так и в параллели с электроэнергетической системой (ЭЭС). Для обеспечения надежной работы установок РГ в составе СЭС необходимо решить несколько технологических задач, среди которых важно оптимально управлять установками РГ во время перехода на островной режим и подключении резервных дизель-генераторов (ДГУ). Современные интеллектуальные технологии управления могут помочь в решении этой задачи [2].

Моделирование проводилось для системы электроснабжения большого промышленного предприятия, структура которой показана на рис. 1.

Рисунок 1. Схема исследуемой СЭС

В состав СЭС входят два трансформатора 110/10 кВ, которые обеспечивают электропитание шин 10 кВ на главной понизительной подстанции. Основными потребителями электроэнергии выступают асинхронные электродвигатели, рассчитанные на напряжения 10 кВ и 0,4 кВ. Электрическая сеть предприятия отличается высокой степенью разветвленности, и питание низковольтных асинхронных электродвигателей осуществляется через воздушные и кабельные линии 10 кВ с использованием трансформаторов для снижения напряжения до 0,4 кВ. На предприятии также установлены турбогенераторные и дизель-генераторные установки. При разработке модели СЭС была учтена эквивалентная статическая активно-индуктивная нагрузка на напряжениях 10 кВ и 0,4 кВ (S₁, S₂).

Модель исследуемой СЭС выполнялась в среде MATLAB с использованием пакетов имитационного моделирования Simulink и SimPowerSystems. Паровая турбина ТГУ моделировалась передаточной функцией:

.                                                                                                     (1)

Для генератора ТГУ использовалась модель синхронной машины с демпферной обмоткой, входящая в состав пакета SimPowerSystems. Система возбуждения моделировалась апериодическим звеном первого порядка с коэффициентом k_f, постоянной времени T_f и блоком ограничения напряжения. Кроме того, в модели учитывался усилитель с коэффициентом k_a и постоянной времени T_a.

Рисунок 2. Схема модели дизельного двигателя с регулятором скорости: wref – заданное значение скорости вращения ротора, о.е.; w – текущее значение скорости вращения ротора, о.е.

При моделировании ДГУ учитывались следующие элементы: двигатель внутреннего сгорания, регуляторы, система возбуждения и синхронный генератор.

Структурная схема модели дизельного двигателя с регулятором скорости, построенной с использованием блоков Simulink, представлена на рис. 2.

Скоростной регулятор реагирует на сигнал отклонения и служит для поддержания установленного режима работы дизельного двигателя. Управление скоростью реализовано с использованием передаточной функции передвижения запаздывания или ПИД-регулятора. Система управления посредством актуаторного привода контролировала подачу топлива в цилиндры двигателя. Модель привода, которая учитывает задержку при изменении подачи топлива, а также изменение крутящего момента в зависимости от направления изменения количества топлива, подаваемого в цилиндры, описывалась следующими передаточными функциями:

.                                                                       (2)

Двигатель моделировался звеном с запаздыванием е^-0,024s. Механическая мощность двигателя ограничивалась от 0 до 1,1 о.е. с помощью блока «Ограничитель». В качестве системы возбуждения ДГУ в модели использовался стандартный блок MATLAB для системы возбуждения с регулятором в виде возбудителя постоянного тока без функции насыщения. Синхронные генераторы ДГУ представлены в модели стандартными блоками синхронной машины с демпферной обмоткой. Для моделирования асинхронных двигателей, трансформаторов и линий электропередачи использовались блоки пакета SimPowerSystems.

Список литературы:

1. Федоров В. К. Оптимизация проектирования структуры и состава электротехнических систем с распределённой генерацией: Монография / В. К. Федоров, Е. Н. Леонов. – Тюмень: ТИУ, 2018. – 196 с. – Текст: непосредственный.
2. Булатов Ю. Н. Интеллектуальные регуляторы для установок распределенной генерации / Булатов Ю. Н. Крюков А. В., Чан Зюй Хынг – Текст: непосредственный // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. - 2015. - №2 (46). - С. 83-95.
3. Булатов Ю. Н. Согласованная настройка регуляторов установок распределенной генерации, работающих в системах электроснабжения железной дороги / Булатов Ю. Н., Крюков А. В., Чан Зюй Хынг – Текст: непосредственный // Системы. Методы. Технологии. - 2015. - №1 (25). - С. 94-102.