ДАУКЕЕВА»
ISSN 2790-0886
В Е С Т Н И К
АЛМАТИНСКОГО УНИВЕРСИТЕТА ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ
Учрежден в июне 2008 года
Тематическая направленность: энергетика и энергетическое машиностроение, информационные, телекоммуникационные и космические технологии
2 (61) 2023
Импакт-фактор - 0.095
Научно-технический журнал Выходит 4 раза в год
Алматы
ВЕСТНИК АЛМАТИНСКОГО УНИВЕРСИТЕТА ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ СВИДЕТЕЛЬСТВО
о постановке на переучет периодического печатного издания, информационного агентства и сетевого издания
№KZ14VPY00024997 выдано
Министерством информации и общественного развития Республики Казахстан
Подписной индекс – 74108
Бас редакторы – главный редактор Стояк В.В.
к.т.н., профессор
Заместитель главного редактора Жауыт Алгазы, доктор PhD Ответственный секретарь Шуебаева Д.А., магистр
Редакция алқасы – Редакционная коллегия
Главный редактор Стояк В.В., кандидат технических наук, профессор Алматинского Университета Энергетики и Связи имени Гумарбека Даукеева, Казахстан;
Заместитель главного редактора Жауыт А., доктор PhD, ассоциированный профессор Алматинского Университета Энергетики и Связи имени Гумарбека Даукеева, Казахстан;
Сагинтаева С.С., доктор экономических наук, кандидат физико-математических наук, профессор математики, академик МАИН;
Ревалде Г., доктор PhD, член-корреспондент Академии наук, директор Национального Совета науки, Рига, Латвия;
Илиев И.К., доктор технических наук, Русенский университет, Болгария;
Белоев К., доктор технических наук, профессор Русенского университета, Болгария;
Обозов А.Д., доктор технических наук, НАН Кыргызской Республики, заведующий Лабораторией «Возобновляемые источники энергии», Кыргызская Республика;
Кузнецов А.А., доктор технических наук, профессор Омского государственного технического университета, ОмГУПС, Российская Федерация, г. Омск;
Алипбаев К.А., PhD, доцент Алматинского Университета Энергетики и Связи имени Гумарбека Даукеева, Казахстан;
Зверева Э.Р., доктор технических наук, профессор Казанского государственного энергетического университета, Российская Федерация, г. Казань;
Лахно В.А., доктор технических наук, профессор Национального университета биоресурсов и природопользования Украины, кафедра компьютерных систем, сетей и кибербезопасности, Украина, Киев;
Омаров Ч.Т., кандидат физико-математических наук, директор Астрофизического института имени В.Г. Фесенкова, Казахстан;
Коньшин С.В., кандидат технических наук, профессор Алматинского Университета Энергетики и Связи имени Гумарбека Даукеева, Казахстан;
Тынымбаев С.Т., кандидат технических наук, профессор Алматинского Университета Энергетики и Связи имени Гумарбека Даукеева, Казахстан.
За достоверность материалов ответственность несут авторы.
При использовании материалов журнала ссылка на «Вестник АУЭС» обязательна.
50
ЭНЕРГЕТИКА И ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ
МРНТИ 44.29.29 https://doi.org/10.51775/2790-0886_2023_61_2_50 МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕЖИМОВ СИНХРОНИЗАЦИИ В АТЫРАУСКОМ
ЭНЕРГОУЗЛЕ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЦИФРОВЫХ СИМУЛЯТОРОВ
Е.К. Умбеткулов ⃰, A.A. Cаухимов, A.T. Бектимиров, Ш.У. Рашидов
НАО «Алматинский университет энергетики и связи имени Гумарбека Даукеева», Алматы, Казахстан
E-mail: [email protected], [email protected], [email protected], [email protected]
Аннотация. В статье рассмотрены вопросы цифрового моделирования отдельной энергосистемы на программно-аппаратном комплекса RTDS с целью оценки синхронизации ее участков при различных технологических нарушениях или аварийных отключениях. Из базы данных RTDS приняты соответствующие модели элементов энергосистемы (электростанций, линий электропередач, автотрансформаторов, трансформаторов, реакторов и т.д.) Составлены структурные схемы моделей системы возбуждения эквивалентного генератора и паровой турбины с регулированием. На основе структурной электрической схемы и принятых RTDS-симуляторов разработана цифровая модель Западной зоны единой энергосистемы Республики Казахстан. Научный и практический интерес вызывает подбор адаптивных RTDS-симуляторов, способных визуально отражать условие синхронизации на любом участке энергосистемы в режиме реального времени. Проведены анализ устойчивости рассматриваемой зоны энергосистемы при изменении режимов генерирующего и потребляющего электрооборудования и оценка возможности синхронизации отдельных его участков при аварийных ситуациях. На основе симуляции отключения ВЛ 220 кВ Л-2015 со стороны ПС Атырау получены графики напряжений, разность их углов и значение частоты тока в рассматриваемом узле энергосистемы. Полученные результаты с достаточной точностью совпали с аналогичными показателями реальных аварийных отключений, которые произошли при соляных туманах в Атырауском энергоузле 10 января 2021 года. Дана оценка влияния электростанций Западной зоны и линейных реакторов на условия синхронизации электрической сети 220 кВ. Проведен анализ систем возбуждения синхронных генераторов основных электростанций рассматриваемой зоны энергосистемы.
Ключевые слова: энергосистема, моделирование, цифровые симуляторы, аварийные отключения, синхронизация.
Введение
В региональных электрических сетях и системах все чаще получает распространение распределенная генерация, которая оказывает существенное влияние на функционирование энергосистемы, особенно, при технологических нарушениях. Наиболее значимой составляющей в этих условиях является сокращение времени на анализ и изучение принимаемых решений.
Одним из способов обеспечения наиболее оперативной разработки и тестирования с сохранением высокого качества выполняемой работы является цифровое моделирование энергосистемы в реальном времени.
Моделирование энергосистем в реальном времени является общепризнанным и востребованным методом оптимизации их функционирования, анализа работоспособности, обучения и т.д. Технологии устройств моделирования все время меняются и совершенствуются с развитием технических средств.
Сегодня для выполнения цифрового моделирования энергосистем в реальном времени все чаще используют программно-аппаратный комплекс RTDS (далее ПАК RTDS). Эта система обеспечивает непрерывное моделирование электромагнитных переходных процессов в реальном времени на основе алгоритма Доммеля [1, 2]. В комплексе RTDS (Real Time Digital Simulator) проводилась корреляция защиты от потери возбуждения и управления недостаточным возбуждением для синхронных генераторов в цифровом симуляторе реального времени [3], известны работы по защите синхронного
51
генератора от потери поля [4], а также при импорте данных от устройств синхронизированных векторных измерений [5].
Широко используется такой комплекс при исследовании противоаварийной автоматики и релейной защиты. Так, в [6, 7] проведено тестирование онлайн-модификации значений настроек релейной защиты на основе RTDS, а в [8] выполнены настройки защиты синхронного генератора с цифровым симулятором реального времени. Имеются публикации, посвященные разработанным тренажерам для управления энергосистемой [9, 10].
Применение RTDS открыло возможность использования их в качестве средства помощи и эффективного инструмента создания условий синхронизации для успешного пуска электростанций из полностью обесточенного состояния [11, 12].
В настоящее время получили распространение два способа включения в электрическую сеть электростанций: синхронизация (точная синхронизация) и самосинхронизация. Последний способ применяется для синхронных генераторов, у которых предусмотрены специальные технические условия завода-изготовителя.
На практике синхронизация частей энергосистем не происходит в автоматическом режиме и параметры точной синхронизации не идут по заданному алгоритму к требуемым значениям, а
«подгоняются» к ним, что не позволяет точно выполнить условия синхронизации. Выполнение условий синхронизации к моменту включения объединяющего выключателя позволяет повысить качество сопровождающих переходных процессов.
Строгое выполнение условий точной синхронизации является достаточно сложной задачей, поэтому на практике допускается осуществлять синхронизацию с некоторыми отклонениями по контролируемым параметрам [13]:
разность модулей векторов напряжения должна быть не более ±5%,
величина частоты сети не должна превышать 0,2 Гц,
угол Δδ между векторами напряжений в точке синхронизации не должен быть более 10°.
Дополнительно к существующим условиям синхронизации частей энергосистем целесообразно было бы ввести дополнительное условие - равенство нулю разности ускорений вращения векторов напряжения на контактах объединяющего выключателя.
При технологических нарушениях в энергосистеме вышеуказанные параметры необходимо контролировать и соблюдать в экстремальных условиях при ограниченном промежутке времени.
Поэтому разработка цифровой модели энергосистемы, позволяющей проводить экспресс-анализ условий синхронизации в различных ее узлах при технологических нарушениях, представляет собой актуальную задачу.
Целью данной статьи является цифровое моделирование отдельной энергосистемы на ПАК RTDS, которое позволит проводить экспресс-анализ условий синхронизации ее участков при различных технологических нарушениях или аварийных отключениях.
Задачами исследованиях являются:
- определение основных элементов энергосистемы для цифрового моделирования на ПАК RTDS;
- обоснование блочных моделей (RTDS симуляторов) для выбранных элементов энергосистемы;
- разработка комплексной цифровой модели Западной зоны ЕЭС Казахстана;
- симуляция режимов синхронизации отдельного участка Атырауского энергоузла при аварийном отключении и сравнение полученных результатов с данными реальной аварии, которая произошла 10 января 2021 года [14].
Научной новизной предлагаемых решений является обоснование основных элементов цифровой модели энергосистемы и комплектование их адаптивных цифровых симуляторов в ПАК RTDS, позволяющих виртуально отражать условие синхронизации в рассматриваемом узле системы при различных технологических нарушениях.
В качестве объекта исследования выбран Атырауский энергоузел Западной зоны Единой энергетической системы (ЕЭС) Казахстана, где с 10 по 22 января 2021 года произошли массовые аварийные отключения, вызванные редкими погодными условиями (соляными туманами) [14]. Эти отключения на высоковольтных подстанциях ПС-220 кВ «Атырау», ПС-220 кВ «Индер», ПС-220
«Кульсары» и ПС-220 кВ «Тенгиз» привели к значительным перерывам в электроснабжении предприятий и дискомфорту населения Атырауской области в зимнее время.
52
Методы
На основе исследований, проведенных в Атырауском энергоузле, в данной статье разработана цифровая модель Западной зоны ЕЭС Казахстана на предмет синхронизации участков этого энергоузла. Предпосылкой исследований явилась проверка эффективности системных стабилизаторов на электростанциях ЕЭС Казахстана в ПАК RTDS [15].
При построении цифровой модели Западной зоны использованы ее структурная электрическая схема, которая приведена на рисунке 1, и следующие основные элементы (модели): энергосистема (шины бесконечной мощности), электростанции, воздушные линии электропередачи, автотрансформаторы, двухобмоточный трансформатор, электрические нагрузки, реакторы и шины подстанций.
Рисунок 1 - Структурная электрическая схема Западной Зоны ЕЭС Казахстана
Для реализации шины бесконечной мощности (ШБМ) принята модель RTDS_shark_sld_SRC, которая приведена на рисунке 2.
53
Рисунок 2- Вид модели RTDS_shark_sld_SRC
Модель RTDS_shark_sld_SRC реализует трехфазный эквивалентный источник переменного напряжения, имитирующий ШБМ или статические генераторы. В этой модели применяется исключительно основная гармоника с частотой 50 Гц с подключением к электрической сети 220 кВ.
В разрабатываемой модели Западной Зоны ЕЭС Казахстана в качестве ШБМ представлены: ПС Уральская 220 кВ и ТЭС МАЭК 220 кВ.
Электростанции реализованы в виде эквивалентных энергоблоков, включающих эквивалентные генераторы и эквивалентные повышающие трансформаторы.
В качестве модели эквивалентных блоков применяется модель RTDS_shark_sld_MACV31, которая позволяет реализовывать:
-синхронную вращающуюся машину;
-повышающий трансформатор;
-нагрузки на стороне напряжения синхронной вращающейся машины;
-выключатель на стороне напряжения синхронной вращающейся машины.
Сама модель разработана с учетом физических процессов, происходящих в рамках синхронной машины с обеспечением выполнения уравнений Парка-Горева.
В соответствии с базой данных ПАК RTDS инерция определяется постоянной инерции Tj, приведенной к параметру H:
𝐻 = 24.66𝑆𝑇𝐽
ном (1)
где Sном - номинальная мощность синхронной машины;
Tj - постоянная инерции.
Сопротивление обмотки статора заданы на основе определения сопротивлений по осям d и q генератора. Сопротивления задаются в относительных единицах (о.е.), приведенных к базовому сопротивлению эквивалентного генератора. Базовое сопротивление эквивалентного генератора принята из ПАК RTDS:
𝑍баз =𝑈𝑆ном2
ном (2)
где Uном - номинальное напряжение обмотки статора синхронной машины.
В модели RTDS_shark_sld_MACV31 предусмотрена возможность глубокого мониторинга состояния эквивалентных генератора и повышающего трансформатора. В выбранных моделях предусмотрен контроль активной и реактивной мощности и фиксируется информация о режиме работы статора и ротора эквивалентного генератора.
В качестве модели системы возбуждения в соответствии с исходными данными принята модель тиристорной системы возбуждения ST5B (модель RTDS_SCRX.def). В качестве турбины определена модель IEEE Type 1 (модель RTDS_IEEEG1.def).
Модель RTDS_SCRX.def, приведенная на рисунке 3, применяется для моделирования системы возбуждения генератора. В модель системы возбуждения передается текущее значение напряжения обмотки статора Vpu, а также уровень тока ротора If. На основе указанных входных величин модель определяет текущее значение ЭДС системы возбуждения Ef.
54
Рисунок 3 - Вид модели системы возбуждения эквивалентного генератора
Указанный сигнал передается в модель синхронной машины (расчеты ведутся в относительных величинах). Схема управления, реализуемая моделью системы возбуждения, приведена на рисунке 4.
Рисунок 4 - Структурная схема модели системы возбуждения эквивалентного генератора На рисунках 5 и 6 приведены модели электростанций (Атырауской ТЭЦ и ГТЭС Karabatan Utility Solutions) Атырауского энергоузла.
55
Рисунок 5 – Модель Атырауской ТЭЦ
Рисунок 6 – Модель ГТЭС Karabatan Utility Solutions
56
Воздушные линии (ВЛ) электропередачи различного класса напряжения, необходимые для реализации модели Западной Зоны ЕЭС Казахстана, основываются на базе моделей линий RTDS_sharc_sld_TL16CALC, приведенных на рисунках 7 и 8.
Рисунок 7 - Вид модели RTDS_sharc_sld_Tline
Рисунок 8 - Вид модели RTDS_sharc_sld_TL16CALC
Элемент RTDS_sharc_sld_Tline обеспечивает фиксацию привязки конкретной линии с параметрами к соответствующим шинам. При этом разделяют передающий и приемный конец ВЛ.
Указанный элемент RTDS_sharc_sld_Tline также обеспечивает возможность мониторинга параметров режима энергосистемы, наблюдаемых на соответствующем конце ВЛ.
Элемент RTDS_sharc_sld_Tline обеспечивает возможность реализации внутреннего выключателя соответствующей стороны ВЛ. Управление выключателем происходит аналогично ранее рассмотренным случаям.
Элемент TLINE_AND_CABLE MODELS обеспечивает задание параметров каждой конкретной линии: хранение ссылки на файл с параметрами линии, выбор способа моделирования ВЛ, определение работы модели при малых длинах линий и др.
Модель автотрансформатора различного класса напряжения создана на базе модели RTDS_3P3Wauto_TRF_def, которая приведена на рисунке 9.
Рисунок 9 - Вид модели автотрансформатора.
Модель RTDS_3P3Wauto_TRF_def позволяет задать различную степень детализации конкретно моделируемого автотрансформатора. Для таких моделей заданы параметры соответствующих обмоток (номинальное напряжение, схема соединения обмоток и т.д.), а также определены соответствующие потери при передаче электроэнергии через автотрансформаторы (сопротивления схемы замещения автотрансформатора).
57
На ПС 220 кВ и ПС 110 кВ в ряде режимов зимнего максимума и летнего минимума предусмотрено наличие отборов мощности.
Для реализации большинства отборов мощности применяется стандартная последовательная RL или RC нагрузка (модель RTDS_sharc_sld_SHUNTRLC). Модель RTDS_sharc_sld_SHUNTRLC приведена на рисунке 10 и позволяет определять заданный уровень потребляемой активной мощности, а также заданный уровень потребляемой/генерируемой реактивной мощности.
Для возможности варьирования нагрузки в зависимости от режима (зимний максимум или летний минимум) предусмотрены переменные, задающие указанные значения сопротивлений нагрузки (сигналы R_Sх, L_Sх или C_Sx).
Рисунок 10 - Вид модели электрической нагрузки
Расчет сопротивлений нагрузки проводился в соответствии с формулами базы данных ПАК RTDS:
𝑅𝑆𝑋 = 𝑅𝑒(𝑅𝑅𝑋∗𝑗𝑋𝑋
𝑋+𝑗𝑋𝑋) (3)
𝐿𝑆𝑋 = 𝐼𝑚(𝑅𝑋∗𝑗𝑋𝑋
𝑅𝑋+𝑗𝑋𝑋)/(2 ∗ 𝑝𝑖 ∗ 50) (4)
𝐶𝑆𝑋= 1/(𝐼𝑚 (𝑅𝑋∗𝑗𝑋𝑋
𝑅𝑋+𝑗𝑋𝑋) ∗ 2 ∗ 𝑝𝑖 ∗ 50) (5) 𝑅𝑋 =𝑈𝑋2
𝑃𝑋 (6)
𝑋𝑋 =𝑈𝑋2
𝑄𝑋 (7)
где Ux - напряжение на шинах ПС;
Px - активная мощность отбора на шинах ПС;
Qx - реактивная мощность отбора на шинах ПС.
Для мониторинга состояния на каждой конкретной шине подстанций моделируемого Атырауского энергоузла предусмотрен замер уровня потребляемой активной и реактивной мощности.
В модель Западной зоны ЕЭС Казахстана введены:
Объекты 220 кВ: ОРУ-220 ПС Уральская, ОРУ-220 ПС Правобережная, ОРУ-220 ПС
Индер, ОРУ-220 ПС Атырау, ОРУ-220 ПС СЭЗ НИНТ, ОРУ-220 ПС Кульсары, ОРУ-220 ПС Тенгиз, ОРУ-220 ПС Бейнеу и ОРУ-220 МАЭК.
Объекты 110 кВ: ОРУ-110 Атырауской ТЭЦ, ОРУ-110 ГТЭС Карабатан, ОРУ-110 СЭЗ НИНТ, ОРУ-110 ПС Атырау-220 и ПС Нурсая
Эквивалентная цифровая модель Западной Зоны ЕЭС Казахстана, разработанная на ПАК RTDS, приведена на рисунке 11.
При оценке синхронизации на разработанной цифровой модели предусмотрены энергетические показатели существующего режима работы Атырауского энергоузла по генерации и потреблении электрической энергии в зимнее время.
58
На рисунках 12-14 приведены результаты симуляции (графики напряжений, разность их углов и частоты) на примере отключения ВЛ 220 кВ Л-2015 (между ПС Индер 220 – ПС Атырау 220) со стороны ПС Атырау 220.
Рисунок 12 – Графики напряжений при отключении Л-2015 со стороны ПС Атырау 220
59
Рисунок 11 – Цифровая модель Западной Зоны ЕЭС Казахстана.
Из рисунка 12 видно, что напряжение со стороны ПС Индер имеет значение – 257,2 кВ, а со стороны ПС Атырау – 233,3 кВ, то есть разница составляет 9,3 % (при допустимой разности напряжений для точной синхронизации ±5%). Аналогичная разность напряжений на этом участке линии ВЛ 220 кВ Л-2015 наблюдалась при аварийном отключении 10.01.2021 года [14].
Из рисунка 13 видно, что угол векторов напряжений на ПС Индер составляет -1,49°, а на ПС Атырау достигает 15,48°. Общая величина угла составляет 16,97°, то есть превышает нормативные значения для точной синхронизации примерно на 7°.
60
Рисунок 13 – Графики углов напряжений при отключении Л-2015 со стороны ПС Атырау 220
В момент отключения Л-2015 (рисунок 14) частота в сети кратковременно снижается и в течении короткого времени принимает значение близкое номинальному (50 Гц).
Результаты и обсуждение
Исследования, проведенные на цифровой модели в ПАК RTDS, показывают, что при разделении Западной зоны ЕЭС Казахстана (участка ПС Индер - ПС Атырау) контролируемые параметры синхронизации превышают установленные пределы по модулям напряжений и углу Δδ между векторами напряжения.
Согласно информации по Западной зоне, напряжение на ПС Индер при нормальной эксплуатации имеет значение на уровне 1,1 Uном. Отсюда следует, что для синхронизации с Атырауским энергоузлом при аварийных отключениях по ВЛ-220 кВ Л-2015 «Индер-Атырау» со стороны ПС Атырау необходимо поднять напряжение путем максимальной загрузки Атырауской ТЭЦ и других электростанций по выдаче реактивной мощности в сеть.
В настоящее время ПС Атырау 220 имеется управляемый шунтирующий реактор (УШР) мощностью 50 МВАр, а на ПС Бейнеу 3 реактора каждая мощностью 60 МВАр. Однако, эти реакторы не оказывают существенного влияния на условия синхронизации с Уральской энергосистемой.
61
Рисунок 14 – Графики частоты при отключении Л-2015 со стороны ПС Атырау 220
Считаем, что установка линейного УШР мощностью 50 МВАр на ПС Индер 220 позволит снижать напряжение до требуемого уровня на шинах 220 кВ ПС Индер и обеспечить синхронизацию с ПС Атырау 220 в моменты разрыва транзита. Без такого реактора, при отключении ВЛ-220 «Индер- Атырау» напряжение на ПС Индер может подняться до 260 кВ. В случае установки УШР уровень напряжения на этой подстанции будет поддерживаться на уровне 230-235 кВ.
При обеспечении синхронизации важным является вопросы настройки регуляторов системы возбуждения генераторов. Синхронные генераторы электростанций Атырауского и Актауского энергоузлов оснащены различными регуляторами напряжения (АРН), АРВ-сильного действия и системными стабилизаторами (PSS), отличающихся законами регулирования и параметрами настройки. АРВ-сильного действия включает функции АРН и PSS.
В ходе исследований установлено, что необходимая корректная и согласованная работа всех регуляторов системы возбуждения при аварийных ситуациях достигается только за счет оптимальной настройки регулятора напряжения и PSS. Следует учесть, что настройку надо проводить индивидуально, так как АРН улучшает регулирование напряжения системы, но может ухудшить показатели стабильности системы к колебаниям, а PSS улучшает демпфирование системы, но может снизить устойчивость к переходным процессам, подавляя сигнал напряжения на возбудителе.
Поэтому необходима одновременная и согласованная настройка АРН и PSS для лучшего регулирования напряжения и гашения колебаний в системе.
С научной и практической точки зрения оригинальной является разработанная структурная схема модели системы возбуждения эквивалентного генератора, позволяющего контролировать активную и реактивную мощности и фиксировать информацию о режиме работы статора и ротора.
Кроме того, эта модель позволяет симулировать в цифровом формате регуляторы системы возбуждения генераторов всех электростанций Атырауского энергоузла.
Практическая значимость заключается в возможности виртуального экспресс-анализа различных режимов синхронизации на любом участке энергосистемы при нормальном, аварийном и послеаварийном режимах.
62 Заключение
В статье рассмотрены основные требования и характеристики современных методов цифрового моделирования в режиме реального времени, традиционно используемых для тестирования систем управления генераторами и условий синхронизации в системе.
Результаты симуляции на цифровой модели Западной зоны ЕЭС Казахстана показали, что цифровое моделирование в реальном времени являются надежным методом для оперативной разработки и тестирования условий синхронизации при запуске электростанций или включения изолированных частей на параллельную работу с энергосистемой при аварийных или послеаварийных режимах.
Для повышения устойчивости Западной Зоны ЕЭС Казахстана рекомендованы мероприятия по централизованному управлению маневренных резервов мощностей ГТЭС ТОО «KUS», ГТЭС-200 и МТЭС, а также корректировке параметров настройки АРН и PSS их синхронных генераторов для адекватной реакции при переходных и квазидинамических процессах в энергосистеме.
Отмечено, что с развитием цифровых компьютерных технологий (в том числе, системы WAMS) будут развиваться и цифровые модели энергосистем в реальном времени, а моделируемые системы будут совершенствоваться и увеличиваться в объемах.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
[1] R. Kuffel, J. Giesbrecht, T. Maguire, R.P. Wierckx and P. McLaren, "RTDS-a fully digital power system simulator operating in real time," Proceedings 1995 International Conference on Energy Management and Power Delivery EMPD '95, Singapore, 1995, pp. 498-503 vol.2, doi: 10.1109/EMPD.1995.500778.
[2] P. Forsyth and R. Kuffel "Utility applications of a RTDS® Simulator," 2007 International Power Engineering Conference (IPEC 2007), Singapore, 2007, pp. 112-117.
[3] A.L.M. Coelho, C.E.B. Carrer, C.A.V. Guerrero and P.M. Silveira, "Loss-of-Excitation Protection and Underexcitation Controls Correlation for Synchronous Generators in a Real-Time Digital Simulator," in IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 51, no. 5, pp. 3579-3590, Sept.-Oct. 2015, doi:
10.1109/TIA.2015.2424884.
[4] A. Hasani, F. Haghjoo, F.F. da Silva and C. Leth Bak, "Synchronous Generator Loss of Field Protection: A Real-Time Realistic Framework and Assessment of Some Recently Proposed Methods," in IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 34, no. 3, pp. 971-979, June 2019, doi:
10.1109/TPWRD.2019.2897739.
[5] A. Mitra, A. Mohapatra, S. Chakrabarti and S. Sarkar, "Online Measurement Based Joint Parameter Estimation of Synchronous Generator and Exciter," in IEEE Transactions on Energy Conversion, vol. 36, no. 2, pp. 820-830, June 2021, doi: 10.1109/TEC.2020.3034733.
[6] Z. Yang, Y. Wang, L. Xing, B. Yin and J. Tao, "Relay Protection Simulation and Testing of Online Setting Value Modification Based on RTDS," in IEEE Access, vol. 8, pp. 4693-4699, 2020, doi:
10.1109/ACCESS.2019.2963228.
[7] O. C. Velasquez and J. F. C. Acero, "Synchronous generator protection settings with Real Time Digital Simulator," 2018 IEEE XXV International Conference on Electronics, Electrical Engineering and Computing (INTERCON), Lima, Peru, 2018, pp. 1-4, doi: 10.1109/INTERCON.2018.8526379.
[8] Ashok, V., Yadav, A. A Protection Scheme for Cross-Country Faults and Transforming Faults in Dual-Circuit Transmission Line Using Real-Time Digital Simulator: A Case Study of Chhattisgarh State Transmission Utility. Iran J Sci Technol Trans Electr Eng 43, 941–967 (2019).
https://doi.org/10.1007/s40998-019-00202-w
[9] Chen H, et all,: ”Integration of RTDS with RPG Synchrophasor Applications and Analysis of Simulation Scenarios at Southern California Edison”, North America Power Symposium (NAPS) 2012, 9 – 11 September 2012.
[10] Cha S.-T. et all: “Development of a Training Simulator for Power System Operation”, WMSCI 2006, July 15 – 19, Orlando, USA.
[11] S. M. Manson, A. Upreti and M. J. Thompson, "Case study: Smart automatic
synchronization in islanded power systems," 2015 IEEE/IAS 51st Industrial & Commercial Power Systems Technical Conference (I&CPS), Calgary, AB, Canada, 2015, pp. 1-10, doi:
10.1109/ICPS.2015.7266426.
[12] Worku, M.Y., Hassan, M.A. & Abido, M.A. Power Management, Voltage Control and Grid Synchronization of Microgrids in Real Time. Arab J Sci Eng 46, 1411–1429 (2021).
https://doi.org/10.1007/s13369-020-05062-9
63
[13] Kiameh Ph. Electrical equipment handbook: troubleshooting and maintenance //McGraw-Hill companies, 2003. – 496 p.
[14] Sаukhimov A., Umbetkulov Yer., Abikenova A., Tumanova A., Amitov Yer. Justification of the Causes of Mass Power Outages in Atyrau Electric Networks in January 2021 / Республиканский научно- технический журнал Карагандинского технического университета. «Университет еңбектері – Труды университета» №1 (86), 2022. - С. 292-298.
[15] А.Т. Бектимиров, К.К. Тохтибакиев, А.А. Саухимов, Ш.У. Рашидов. Исследование эффективности системных стабилизаторов на электростанциях ЕЭС Казахстана в ПАК RTDS.
Вестник АУЭС №1(52), 2021, стр. 38-47. https://doi.org/10.51775/1999-9801_2021_52_1_38
LIST OF REFERENCES
[1] R. Kuffel, J. Giesbrecht, T. Maguire, R. P. Wierckx and P. McLaren, "RTDS-a fully digital power system simulator operating in real time," Proceedings 1995 International Conference on Energy Management and Power Delivery EMPD '95, Singapore, 1995, pp. 498-503 vol.2, doi: 10.1109/EMPD.1995.500778;
[2] P. Forsyth and R. Kuffel, "Utility applications of a RTDS® Simulator," 2007 International Power Engineering Conference (IPEC 2007), Singapore, 2007, pp. 112-117.
[3] A.L.M. Coelho, C.E.B. Carrer, C.A.V. Guerrero and P.M. Silveira, "Loss-of-Excitation Protection and Underexcitation Controls Correlation for Synchronous Generators in a Real-Time Digital Simulator," in IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 51, no. 5, pp. 3579-3590, Sept.-Oct. 2015, doi:
10.1109/TIA.2015.2424884.
[4] A. Hasani, F. Haghjoo, F.F. da Silva and C. Leth Bak, "Synchronous Generator Loss of Field Protection: A Real-Time Realistic Framework and Assessment of Some Recently Proposed Methods," in IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 34, no. 3, pp. 971-979, June 2019, doi:
10.1109/TPWRD.2019.2897739.
[5] A. Mitra, A. Mohapatra, S. Chakrabarti and S. Sarkar, "Online Measurement Based Joint Parameter Estimation of Synchronous Generator and Exciter," in IEEE Transactions on Energy Conversion, vol. 36, no. 2, pp. 820-830, June 2021, doi: 10.1109/TEC.2020.3034733.
[6] Z. Yang, Y. Wang, L. Xing, B. Yin and J. Tao, "Relay Protection Simulation and Testing of Online Setting Value Modification Based on RTDS," in IEEE Access, vol. 8, pp. 4693-4699, 2020, doi:
10.1109/ACCESS.2019.2963228.
[7] O. C. Velasquez and J. F. C. Acero, "Synchronous generator protection settings with Real Time Digital Simulator," 2018 IEEE XXV International Conference on Electronics, Electrical Engineering and Computing (INTERCON), Lima, Peru, 2018, pp. 1-4, doi: 10.1109/INTERCON.2018.8526379.
[8] Ashok, V., Yadav, A. A Protection Scheme for Cross-Country Faults and Transforming Faults in Dual-Circuit Transmission Line Using Real-Time Digital Simulator: A Case Study of Chhattisgarh State Transmission Utility. Iran J Sci Technol Trans Electr Eng 43, 941–967 (2019).
https://doi.org/10.1007/s40998-019-00202-w
[9] Chen H, et all,: ”Integration of RTDS with RPG Synchrophasor Applications and Analysis of Simulation Scenarios at Southern California Edison”, North America Power Symposium (NAPS) 2012, 9 – 11 September 2012.
[10] Cha S.-T. et all: “Development of a Training Simulator for Power System Operation”, WMSCI 2006, July 15 – 19, Orlando, USA.
[11] S. M. Manson, A. Upreti and M. J. Thompson, "Case study: Smart automatic
synchronization in islanded power systems," 2015 IEEE/IAS 51st Industrial & Commercial Power Systems Technical Conference (I&CPS), Calgary, AB, Canada, 2015, pp. 1-10, doi:
10.1109/ICPS.2015.7266426.
[12] Worku, M.Y., Hassan, M.A. & Abido, M.A. Power Management, Voltage Control and Grid Synchronization of Microgrids in Real Time. Arab J Sci Eng 46, 1411–1429 (2021).
https://doi.org/10.1007/s13369-020-05062-9
[13] Kiameh Ph. Electrical equipment handbook: troubleshooting and maintenance //McGraw-Hill companies, 2003. – 496 p.
[14] Sаukhimov A., Umbetkulov Yer., Abikenova A., Tumanova A., Amitov Yer. Justification of the Causes of Mass Power Outages in Atyrau Electric Networks in January 2021 / Republican Scientific and Technical Journal of Karaganda Technical University. "Enbekteri University – Proceedings of the University" №1 (86), 2022. - pp. 292-298.
64
[15] A.T. Bektemirov, K.K. Tokhtibakiev, A.A. Saukhimov, Sh.U. Rashidov. The study of the effectiveness of system stabilizers at the power plants of the UES of Kazakhstan in the RTDS package.
AUES Bulletin №1(52), 2021, рр. 38-47. https://doi.org/10.51775/1999-9801_2021_52_1_38
SIMULATION OF SYNCHRONIZATION MODES IN THE ATYRAU POWER PLANT USING DIGITAL SIMULATORS
Y.К. Umbetkulov ⃰, A.A. Saukhimov, A.T. Bektimirov, Sh.U. Rashidov
Non-profit JSC “Almaty University of Power Engineering and Telecommunications named after Gumarbek Daukeyev”, Almaty, Kazakhstan
E-mail: [email protected], [email protected], [email protected], [email protected]
Abstract. The article deals with the issues of digital modeling of a separate power system on the RTDS software and hardware complex in order to assess the synchronization of its sections in various technological violations or emergency shutdowns. The corresponding models of power system elements (power plants, transmission lines, autotransformers, transformers, reactors, etc.) have been taken from the RTDS database. Structural diagrams of models of the excitation system of an equivalent generator and a steam turbine with regulation have been compiled. Based on the structural electrical circuit and accepted RTDS simulators, a digital model of the Western Zone of the power system of the Republic of Kazakhstan has been developed. Of scientific and practical interest is the selection of adaptive RTDS simulators capable of visually reflecting the synchronization condition on any part of the power system in real time. An analysis of the stability of the power system under consideration is carried out when the modes of generating and consuming electrical equipment change and an assessment of the possibility of synchronizing its individual sections in case of probable emergency situations. Based on the simulation of disconnection of 220 kV L-2015 overhead lines from Atyrau PS, voltage graphs, the difference of their angles and the value of the current frequency in the power system node under consideration were obtained. The results obtained with sufficient accuracy coincided with similar indicators of real emergency shutdowns that occurred during salt fogs in the Atyrau power plant on January 10, 2021. An assessment of the influence of Western Zone power plants and linear reactors on the conditions of synchronization of the 220 kV electrical network is given. The analysis of excitation systems of synchronous generators of the main power plants of the considered zone of the power system is carried out.
Keywords: power system, simulation, digital simulators, emergency shutdowns, synchronization.
САНДЫҚ СИМУЛЯТОРЛАРДЫ ҚОЛДАНУ АРҚЫЛЫ
АТЫРАУ ЭНЕРГИЯ ТОРАБЫНДА СИНХРОНДАУ РЕЖИМДЕРІН МОДЕЛЬДЕУ
Е.К. Умбеткулов ⃰, A.A. Cаухимов, A.T. Бектимиров, Ш.У. Рашидов
«Ғұмарбек Дәукеев атындағы Алматы энергетика және байланыс университеті» КЕАҚ, Алматы, Қазақстан
E-mail: [email protected], [email protected], [email protected], [email protected]
Аңдатпа. Мақалада әртүрлі технологиялық бұзылулар немесе авариялық ажыратулар кезінде оның учаскелерін синхрондауды бағалау мақсатында RTDS бағдарламалық-аппараттық кешеніндегі жеке энергия жүйесін цифрлық модельдеу мәселелері қарастырылған.
RTDS деректер қорынан энергия жүйесі элементтерінің (электр станциялары, электр жеткізу желілері, автотрансформаторлар, трансформаторлар, реакторлар және т.б.) тиісті модельдері қабылданды. Эквивалентті генератор мен реттелетін бу турбинасының қоздыру жүйесі модельдерінің құрылымдық сұлбалары жасалды. Құрылымдық электр сұлбасы мен қабылданған RTDS-симуляторлар негізінде нақты уақыт режиміндегі Қазақстан Республикасының Бірыңғай энергожүйесінің Батыс аймағының цифрлық моделі әзірленді. Ғылыми және практикалық қызығушылық - бұл нақты уақыт режимінде энергия жүйесінің кез-келген учаскесінде синхрондау жағдайын визуалды түрде көрсете алатын адаптивті RTDS симуляторларын таңдау. Электр жабдықтарын генерациялау және тұтыну электр
65
режимдері өзгерген кезде энергожүйенің қарастырылып отырған аймағының тұрақтылығына талдау және ықтимал авариялық жағдайларда оның жекелеген учаскелерін синхрондау мүмкіндігіне бағалау жүргізілді.
Атырау ҚС тарапынан 220 кВ Л-2015 ӘЖ ажыратуды модельдеу негізінде кернеу графиктері, олардың бұрыштарының айырмасы және энергия жүйесінің торабында қаралатын ток жиілігінің мәні алынды.
Алынған нәтижелер 2021 жылғы 10 қаңтарда Атырау энергия торабындағы тұзды тұман кезінде орын алған нақты авариялық ажыратулардың ұқсас көрсеткіштерімен жеткілікті дәлдікпен сәйкес келді. Батыс аймақ электр станциялары мен желілік реакторлардың 220 кВ электр торабының синхрондау жағдайына әсері бағаланды. Қарастырылып отырған энергия жүйесі аймағының негізгі электр станцияларының синхронды генераторларының қоздыру жүйелеріне талдау жүргізілді.
Түйін сөздер: энергия жүйесі, модельдеу, сандық симуляторлар, апаттық өшіру, синхрондау.
Басылымның шығыс деректері
Мерзімді баспасөз басылымының атауы «Алматы энергетика және байланыс университетінің Хабаршысы» ғылыми- техникалық журналы
Мерзімді баспасөз басылымының меншік иесі «Ғұмарбек Дәукеев атындағы Алматы энергетика және байланыс университеті»
коммерциялық емес акционерлік қоғамы, Алматы, Қазақстан
Бас редактор Профессор, т.ғ.к., В.В. Стояк
Қайта есепке қою туралы куәліктің нөмірі мен күні және берген органның атауы
№ KZ14VPY00024997, күні 17.07.2020,
Қазақстан Республикасының Ақпарат және қоғамдық даму министрлігі
Мерзімділігі Жылына 4 рет (тоқсан сайын)
Мерзімді баспасөз басылымының реттік нөмірі және жарыққа шыққан күні
Жалпы нөмір 61, 2-басылым, 2023 жылғы 30 маусым
Басылым индексі 74108
Басылым таралымы 200 дана
Баға Келісілген
Баспахана атауы, оның мекен-жайы «Ғұмарбек Дәукеев атындағы Алматы энергетика және байланыс университеті»
КЕАҚ баспаханасы, Байтұрсынұлы көшесі, 126/1 үй, А120 каб.
Редакцияның мекен-жайы 0 5 0 0 1 3 , Алм а т ы қ. , «Ғ ұ м а р бе к Дә ук е ев а т ы н да ғы А л м а т ы эн ер г ет и ка ж ә н е ба й ла н ы с ун и в ер с и т ет і » К ЕА Қ, Б а й т ұ р с ы н ұ лы к- с і , 1 2 6 / 1 ү й , ка б. А 2 2 4 , т е л. : 8 ( 7 2 7 ) 2 9 2 5 8 4 8 , 7 08 8 8 0 7 7 9 9 , e - m a i l : v e s t n i k @ a u e s . k z
Выходные данные
Название периодического печатного издания Научно-технический журнал «Вестник Алматинского университета энергетики и связи»
Собственник периодического печатного издания
Некоммерческое акционерное общество «Алматинский университет энергетики и связи имени Гумарбека Даукеева», Алматы, Казахстан
Главный редактор Профессор, к.т.н., Стояк В.В.
Номер и дата свидетельства о постановке на переучет и наименование выдавшего органа
№ KZ14VPY00024997 от 17.07.2020
Министерство информации и общественного развития Республики Казахстан
Периодичность 4 раза в год (ежеквартально)
Порядковый номер и дата выхода в свет
периодического печатного издания Валовый номер 61, выпуск 2, 30 июня 2023
Подписной индекс 74108
Тираж выпуска 200 экз.
Цена Договорная
Наименование типографии, ее адрес Типография НАО «Алматинский университет энергетики и связи имени Гумарбека Даукеева», ул. Байтурсынулы, дом 126/1, каб. А 120
Адрес редакции 050013, г. Алматы, НАО «Алматинский у ниверситет э нергетики и с вязи имени Гумарбека Даукеева», ул. Байтурсынулы, дом 126/1, каб. А 224, т ел.: 8 (727) 292 58 48, 708 880 77 99, e-mail: [email protected]
Issue output
Name of the periodical printed publication Scientific and technical journal "Bulletin of the Almaty University of Power Engineering and Telecommunications"
Owner of the periodical printed publication Non-profit joint-stock company "Almaty University of Power Enginnering and Telecommunications named after Gumarbek Daukeyev", Almaty, Kazakhstan
Chief Editor Professor, candidate of technical sciences Stoyak V.V.
Number and date of the registration certificate and the name of the issuing authority
№ KZ14VPY00024997 from 17.07.2020
Ministry of Information and Social Development of the Republic of Kazakhstan
Periodicity 4 times a year (quarterly)
Serial number and date of publication of a periodical printed publication
Number 61, edition 2, June 30, 2023
Subscription index 74108
Circulation of the issue 200 copies
Price Negotiable
The name of the printing house, its address Printing house of Non-profit joint-stock company "Almaty University of Power Enginnering and Telecommunications named after Gumarbek Daukeyev", 126/1 Baitursynuly str., office A 120, Almaty, Republic of Kazakhstan
Editorial office address 050013, Non-profit joint-stock company "Almaty University of Power Enginnering and Telecommunications named after Gumarbek Daukeyev",
A 2 2 4 , t e l .: 8 (727) 292 58 48, 708 880 77 99, e-mail: [email protected]
