Режимы работы локальных электростанций, их исследование

Аннотация. Подключение локальных электростанций к распределительным сетям в настоящее время становиться все более популярнее. Чтобы обеспечить надежное электроснабжение ответственных потребителей как в параллельном, так и в изолированном режиме работы необходимо предусмотреть все особенности их подключения.

Abstract. Connecting local power plants to distribution networks is now becoming increasingly popular. In order to ensure reliable power supply to responsible consumers in both parallel and isolated mode of operation, it is necessary to provide all the features of their connection.

В настоящее время в энергосистеме Российской Федерации существует тенденция к подключению к распределительным сетям локальных электростанций малой мощности. Такое направление  в энергетике является перспективным поскольку с помощью данного вида генерации можно решить локальные проблемы электроснабжения, в пределах одного или  нескольких потребителей, либо одного энергорайона, что повышает надежность и эффективность электроснабжения [1, с.24].

В связи с активным развитием подключения электростанций малой мощности к распределительным сетям появляются проблемы, которые требуют решения. На уровне распределительных сетей становится возможным многостороннее питание места повреждения токами короткого замыкания, появляются новые раннее нехарактерные виды возмущений и аварий, изменяются условия протекания электромагнитных и электромеханических переходных процессов [2, с.83]. Одной из наиболее важных проблем является расчет режимов, с целью обеспечения надежной работы электрооборудования в установившихся, переходных и послеаварийных режимах, с дальнейшим восстановлением нормальной работы схемы сети.

Цель работы – исследование режимов работы локальных электростанций для питания удаленных потребителей параллельно с сетью.

В качестве объекта исследования был выбран дизельный генератор мощностью 3,125 МВт, оснащенный системой автоматического регулирования возбуждения и частоты вращения, поскольку агрегаты данного типа с такими техническими характеристиками используются в качестве генераторов малой мощности в распределительных сетях [3, с.60].

Схема рассматриваемой сети представлена на рисунке (Рисунок 1), в зависимости от содержания расчетных экспериментов схема видоизменяется. Для моделирования выбран программный комплекс MatLAB Simulink поскольку он позволяет рассчитать, как установившиеся режимы, так и электромагнитные переходные процессы в трехфазной сети, что позволит в следующих работах исследовать влияние несимметричной нагрузки на режимы работы РГ, что не позволяют сделать специализированные программные комплексы как RastrWin3, Mustang [4, с.2144].

Рисунок 1. Схема рассматриваемой сети

Модель генерирующей установки в MatLAB Simulink представлена на рисунке (Рисунок 2).

Рисунок 2. Модель генерирующей установки

В данном исследовании  производится оценка влияния локальной электростанции на уровень токов КЗ: установившееся значение и апериодическую составляющую тока КЗ. По результатам двух опытов производится анализ токов КЗ: при электроснабжении потребителя от системы; при электроснабжении от системы и от объекта локальной электростанции. В обоих опытах нагрузка представлена постоянной мощностью равной 1,25+j0,6 МВА. В данном исследовании нет необходимости учитывать работу релейной защиты, так как оценивается уровень токов КЗ, а не расчет уставок релейной защиты.

Принятая схема сети, для опыта при электроснабжении потребителя только от системы, представлена на рисунке (Рисунок 3), модель, построенная в программной среде MatLAB Simulink для данного опыта представлена на рисунке (Рисунок 4).

Рисунок 3. Схема распределительной сети, при электроснабжении потребителя только от системы

Рисунок 4. Модель системы электроснабжения от локальной электростанций и системы

Принятая схема сети, для опыта при электроснабжении от системы и от объекта локальной электростанции, представлена на рисунке (Рисунок 5), модель сети, построенная в программной среде MatLAB Simulink представлена, на рисунке (Рисунок 6).

Рисунок 5.  Схема распределительной сети, при подключенной локальной электростанции

Рисунок 6.  Модель системы электроснабжения от системы

Трехфазное КЗ возникает на 8 секунде. На рисунке (Рисунок 7) представлены результаты моделирования.

Рисунок 7. Осциллограммы токов

Более длительное затухание апериодического тока при учете РГ обусловлено величиной постоянной времени, которая зависит от параметров обмотки статора для РГ и от добротности для системы, т.е. от соотношения активного и реактивного сопротивления, чем больше реактивное и меньше активное, тем медленнее затухает апериодическая составляющая из-за этого не всегда увеличение тока короткого замыкания в установившемся режиме сопровождается увеличением времени затухания апериодической составляющей, например, если увеличить мощность генерации в энергосистеме на величину мощности РГ, то апериодическая составляющая будет затухать быстрее, чем в случае с подключением РГ к шинам НН, потому что отношение реактивной составляющей к активной при подключении РГ больше; так как в модели АРВ учтена форсировка возбуждения, то при снижении напряжения во время КЗ возникает приращение тока возбуждения, которое приводит к соответствующему увеличению тока в цепи статора, нарастание тока статора происходит не мгновенно из-за инертности системы АРВ; увеличение периодической составляющей тока КЗ обусловлено увеличением генерирующих мощностей относительно точки КЗ [5, с. 101].

Экспериментально полученный результат показал не только увеличение тока КЗ при присоединении РГ к сети, но и увеличение времени затухания апериодической составляющей и ударного тока, что может потребовать замену коммутационного оборудования, так как повышаются требования к выключателю по номинальному току отключения и относительному содержанию апериодической составляющей. При подключении РГ к сети, необходимо проводить оценку времени затухания апериодической составляющей и действующего значения аварийного тока при коротком замыкании во внешней сети на соответствие отключающей способности существующей коммутационной аппаратуры при выборе точки выделения РГ на изолированную работу. Для снижения затрат на замену коммутационного оборудования распределительной сети при подключении новых установок РГ необходимо предусматривать мероприятия по ограничению уровней токов короткого замыкания.

При проектировании локальных электростанций необходимо предусмотреть все особенности режимов работы, чтобы обеспечить надежное электроснабжение ответственных потребителей как в параллельном, так и в изолированном режиме работы.