Исследования аварийных режимов системы электроснабжения с распределенной генерацией и частотно-регулируемым электроприводом

Зольность ирбейского угля при его сжигании в чистом виде составляла А6 = 14,66-15,56% (отбор производился с БСУ котла), содержание серы = 0,781,01%. Зольность ирбейского угля по данным входного контроля составляла А6 = 11,54-13,32%, содержание серы = 0,64-0,71%. Данные значения по зольности и содержанию серы в ирбейском угле, сжигаемом на котле в чистом виде, не соответствуют значениям входного контроля качества ирбейского угля, что говорит о наличии примеси мугунского угля.

По данным ЛАК ООО «ИЦ "Иркутскэнерго"», полученным за 2010-2014 гг., выявлена зависимость со-

держания оксидов Са, Na, Мд (Cca.Na.Mg, %) в золе ирбейского угля от его зольности Аа:

Cca.Na.Mg = -1,2277А" + 31,824.

Чем выше содержание щелочных металлов в золе сжигаемого угля, тем выше связывание оксидов серы. При зольности ирбейского угля во время испытаний Аа = 14,66-15,56% содержание Са, №, Мд в золе находилось в диапазоне 5-10%. Для эффективного связывания диоксидов серы из дымовых газов необходимо, чтобы содержание щелочных металлов в золе находилось в диапазоне 20-25%.

Статья поступила 15.09.2014 г.

Библиографический список

1. Патент USA 2007/0295.590. Методы и системы для повышения свойств твердого топлива.

2. Тепловой расчет котлов. Нормативный метод. Изд. 3-е, перераб. и доп. СПб: Изд-во НПО ЦКТИ, 1998. 256 с.

3. Трембовля В.И., Фингер Е.Д, Авдеева А.А. Теплотехнические испытания котельных установок. М.: Энергоатомиздат, 1991.

4. Хайдурова А.А., Коновалов Н.П., Федчишин В.В. Воздей-

ствие микроволновой энергией на бурый уголь для улучшения его технологических характеристик // Теплофизические основы энергетических технологий: мат-лы регион. науч.-практ. конф. Томск: Изд-во ТПУ, 2009. С. 109-113. 5. Энергетические угли восточной части России и Казахстана: справочник / В.В. Богомолов, Н.В. Артемьева, А.Н. Алех-нович [и др.]. Челябинск: Изд-во УралВТИ, 2004. 304 с.

УДК 621.311.1

ИССЛЕДОВАНИЯ АВАРИЙНЫХ РЕЖИМОВ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ С РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ГЕНЕРАЦИЕЙ И ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ

© Ву Хай Ха1, Н.И. Воропай2

1Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83. 1,2Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН, 664033, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 130.

Представлены результаты исследований аварийных переходных режимов системы электроснабжения с распределенной генерацией и частотно-регулируемым электроприводом для одного из сценариев исходных условий. Сформулированы выводы о характере поведения компонентов системы электроснабжения в аварийных переходных режимах. Ил. 7. Библиогр. 12 назв.

Ключевые слова: система электроснабжения; распределенная генерация; частотно -регулируемый электропривод; переходные процессы; моделирование, управление.

STUDY OF EMERGENCY MODES OF A POWER SUPPLY SYSTEM WITH DISTRIBUTED GENERATION AND A FREQUENCY-REGULATED ELECTRIC DRIVE Vu Hai Ha, N.I. Voropai

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia. Melentiev Energy Systems Institute SB RAS, 130 Lermontov St., Irkutsk, 664030, Russia.

The article introduces the results of studying emergency transient modes of a power supply system with distributed generation and a frequency-regulated electric drive for one of the reference condition scenarios. Conclusions on the behavior of power supply system components in emergency transient mode are formulated. 7 figures. 12 sources.

Key words: power supply system; distributed generation; frequency-regulated drive; transients; modeling; control.

1Ву Хай Ха, аспирант, тел.: 89245492002, e-mail: vhhabcd@gmail.com Vu Hai Ha, Postraduate, tel.: 89245492002, e-mail: vhhabcd@gmail.com

2Воропай Николай Иванович, доктор технических наук, профессор, директор ИСЭМ СО РАН, зав. кафедрой электроснабжения и электротехники ИрГТУ, e-mail: voropai@isem.sei.irk.ru

Voropai Nikolai, Doctor of technical sciences, Professor, Director of ESI SB RAS, Head of the Department of Power Supply and Electrical Engineering of ISTU, e-mail: voropai@isem.sei.irk.ru

Введение. Частотное регулирование асинхронного электропривода получает все больше распространение для повышения эффективности работы электропривода [8; 9 и др.]. В случае массового использования частотно-регулируемого электропривода в системах электроснабжения, содержащих установки распределенной генерации, аварийные переходные процессы в системе электроснабжения приобретают существенную специфику, которая пока изучена недостаточно и требует специальных исследований.

Рассматриваемая специфика характерна, в частности, для сельских районов Вьетнама, где в системах орошения используется большое количество асинхронных электродвигателей в качестве электропривода насосов. Такие системы электроснабжения, как правило, имеют один (или более) пункт питания от высоковольтной сети ЭЭС Вьетнама, а в качестве местных установок распределенной генерации используются дизель-генераторные электростанции [4].

В данной работе в качестве основы для моделирования дизель-генераторных установок использованы результаты работ [7; 12]. Частотно-регулируемые асинхронные электродвигатели представляются в соответствии с источниками [8; 9]. При этом моделируется векторное управление частотно-регулируемым асинхронным электродвигателем [6] посредством одновременного управления амплитудой и фазой тока статора (т.е. вектора тока), что позволяет существенно увеличить диапазон управления, точность регулирования, повысить быстродействие электропривода. Определенная доля асинхронной нагрузки может быть представлена без частотного регулирования. Часть нагрузки, представляющая, например, бытовых потребителей, моделируется статическими характеристиками активной и реактивной потребляемой мощности по напряжению. В качестве инструмента для моделирования использованы пакеты Matlab SimPow-erSystem и Simulink [5; 10]. Особенности моделирования перечисленных устройств представлены в статьях [1-3; 11] применительно к простой тестовой системе.

В представленной работе исследования проведе-

ны для участка реальной системы электроснабжения сельского района Вьетнама.

Характеристика исследуемой системы электроснабжения. Схема исследуемой системы электроснабжения представлена на рис. 1 на базе сельской распределительной электрической сети 35 кВ. Схема имеет один основной источник питания (узел 1) от ЭЭС и одну установку распределенной генерации в виде дизель-генератора (узел 17), которые подключены посредством выключателей. Мощность дизель-генераторной электростанции составляет 250 кВт, суммарная мощность нагрузки в системе - 325 кВт, т.е. из ЭЭС поступает мощность 75 кВт для питания нагрузки. 300 кВт нагрузки системы электроснабжения составляют асинхронные двигатели, используемые в качестве привода для насосов системы орошения (12 асинхронных двигателей, по 25 кВт каждый), остальные 25 кВт нагрузки - бытовые потребители, моделируемые статическими характеристиками нагрузки по напряжению.

Разработанная с использованием пакета Matlab/Simulink модель системы электроснабжения при представлении половины асинхронных двигателей с частотным регулированием (ЧРП1-ЧРП6) показана на рис. 2. В модели нагрузок угнетена трансформация напряжения 35/0,4 кВ.

Исследуемый сценарий и его анализ. Исследуемый сценарий переходного процесса в рассматриваемой системе электроснабжения включает следующие этапы:

- 0-2,0 с: самозапуск асинхронных двигателей и их выход на рабочие параметры режима;

- 2,0 с: трехфазное короткое замыкание на связи 1 вблизи узла 1;

- 2,25 с: отключение связи 1 выключателем, в результате чего система электроснабжения отключается от основного пункта питания (ЭЭС);

- 2,75 с: отключение 75 кВт нагрузки (АД2, АД3, АД4) с целью балансирования генерации и нагрузки в отделившейся от ЭЭС системе электроснабжения.

Рис. 1. Схема локальной системы электроснабжения

'S .g

So в

SS §

<u t> <u

<в §

x

<u £

S

u о

IT

(U

Ü §

(U

S

u 3 u

(U t>

u 3 Q.

На рис. 3 показаны динамические характеристики асинхронного двигателя без частотного регулирования, а на рис. 4 - частотно-регулируемого асинхронного двигателя. Представляет интерес сопоставление динамических характеристик этих двигателей. Из рис. 3 и 4 видно, что пуск асинхронного двигателя с частотным регулированием происходит быстрее, чем пуск асинхронного двигателя без частотного регулирования. При этом параметры режима асинхронного двигателя с частотным регулированием стабилизируются лучше, чем параметры асинхронного двигателя без частотного регулирования. Частотно-регулируемый асинхронный двигатель ведет себя стабильнее также во время короткого замыкания и

после его отключения до момента отключения избыточной нагрузки и после этого момента. Сказанное подтверждают кривые изменения напряжений и токов статоров двигателей, электромагнитных моментов и угловых скоростей роторов, представленные на рис. 3 и 4.

Рассмотрим динамические характеристики синхронной машины дизельной электростанции, представленные на рис. 5 и 6. Из этих рисунков видна реакция дизельной электростанции на изменения параметров режима системы: перегрузка синхронной машины по реактивной мощности из-за дефицита генерации в период от момента отключения связи 1 до момента отключения избыточной нагрузки.

Рис. 3. Динамические характеристики асинхронного двигателя без частотного регулирования

Рис. 4. Динамические характеристики системы частотно-регулируемого асинхронного двигателя

0.5 Механическая мощность,

! - i I I 1

0 10 5 V I i I I 1

Напряженке возбуждения

! I I I 1

..............

0 2 ; 1.5 1 0.5 i \ I \ I

Напряжение СМ

I I ! I I !

I к-г I I i

Скорость СМ

! I I I I 1

I I I i I 1

0.5 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

Рис. 5. Результаты моделирования синхронной машины

6

х 10

-......... ......... ......... ......... ......... ......... ......... .......... .........

......./

ilW L

Ii. .V. Т. ".: .Y и. Рдэс рч

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

Рис. 6. Активная и реактивная мощности ДЭС

На рис. 7 проиллюстрировано изменение активной сунка видно адекватное реальности изменение сои реактивной мощности нагрузки, моделируемой ста- ставляющих мощности нагрузки в зависимости от из-тическими характеристиками по напряжению. Из ри- менения уровня напряжения.

3 2 1 4 к 10 Активная мощность Р

0 шпп 1

Реакшвная мощность Q

10000 5000

0 1.5 1 0.5 1

Напряжение U

0 \

0.5 1 1.5 2.5 3 3.5 4 4.5 5

Рис. 7. Активная и реактивная мощности нагрузки, моделируемой статическими характеристиками

по напряжению

Вывод. Разработанная в системе Matlab/Simulink модель представляет основные элементы сложной системы электроснабжения, включающей установку распределенной генерации и частотно-регулируемый асинхронный электропривод. Проведенное исследо-

вание модели на одном из сценариев ситуации в системе показывает соответствие поведения элементов системы электроснабжения физическим представлениям.

Статья поступила 11.11.2014 г.

Библиографический список

1. Ву Хай Ха. Исследование переходных процессов в системе электроснабжения с распределенной генерацией и частотно-регулируемым приводом // Системные исследования в энергетике: тр. мол. уч. ИСЭМ СО РАН. Вып. 44. Иркутск: Изд-во ИСЭМ СО РАН, 2014. С. 29-35.

2. Ву Хай Ха. Исследование поведения частотно-регулируемого асинхронного двигателя с коротко-замкнутым ротором // Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири: мат-лы Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. уч. Иркутск: Изд-во ИрГТУ,

2012. С. 342-348.

3. Ву Хай Ха. Исследование работы системы электроснабжения с распределенной генерацией в режиме трехфазного короткого замыкания // Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири: мат-лы Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. уч. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2014. С. 196-200.

4. Ву Хай Ха, Воропай Н.И. Моделирование поведения системы электроснабжения с распределенной генерацией и частотно-регулируемым электроприводом // Вестник ИрГТУ.

2013. № 10 (81). С. 245-249.

5. Герман-Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в МА^АВ 6.0: учеб. пособие. СПб.: КОРОНА принт, 2001.

6. Гуляев И.В., Тутаев Г.М. Системы векторного управления

электроприводом на основе асинхронизированного вентильного двигателя. Саранск: Изд-во Мордов. ун-та им. Н.П. Огарёва, 2010. 200 с.

7. Дизель-генератор. Особенности и принципы работы. СПб.: Изд-во ЗАО «РосЭнергоИнжиниринг», 2007. http ://www.ros-energy. ru/scri pts/2 .html

8. Лазарев Г.Б. Опыт и перспективы применения частотно-регулируемых асинхронных электроприводов в электроэнергетике России // Новости приводной техники. 2003. № 5 [Электронный ресурс]. URL: http://www.privod-news.ru/may_03/25-3.htm

9. Соколовский Г.Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием. М.: ИЦ «Академия», 2007.

10. Черных И.В. Моделирование электротехнических устройств в MATLAB SimPowerSystem и Simulink. М.: ДМК Пресс, 2007.

11. Vu Hai Ha. Modeling the vector regulator of the induction motor // Innovative Development Trends in Modern Technical Sciences: Problems and Prospects: Research Articles. San Francisco, CA, USA: B&M Publishing, 2013. Р. 148-152.

12. Peralia J., Nayar C.V. Model and simulation of a stand alone power system comprising a diesel engine driven synchronous generator and a power condicioner // Int. J. Elect. Engin.Educ. 1998. V. 35. Р. 245-270.