© Беляев А.Н., кафедра «Электрические системы и сети», СПбГПУ, 2012 г.

Научные исследования

Оптимизация работы тихоходных дизель-генераторов большой мощности в автономных системах электроснабжения

выдержки из статьи Беляев А.Н., Епифанова О.В., Смоловик С.В. Регулирование синхронных генераторов с дизельным приводом // Научно-технические ведомости СПбГТУ .– СПб., 2006 .– № 5, том 1 .– С. 74-79.

В зонах децентрализованного энергоснабжения роль малой энергетики в обеспечении энергетической безопасности является определяющей. Рабочие (постоянно действующие) электростанции малой мощности обеспечивают электроснабжение объектов, размещенных в регионах, где отсутствуют централизованные системы, или удаленных от этих ЭЭС на такое расстояние, что строительство линий электропередачи экономически менее эффективно, чем создание рабочей электростанции. Они должны обеспечивать потребности объектов в энергии в полном объеме в режиме нормального функционирования и в минимально гарантированном объеме в критических и чрезвычайных ситуациях.

Для таких объектов все аспекты обеспечения энергетической безопасности (наличие на рынке, цена, качество, способ транспортировки, создание запасов топлива; технико-экономические характеристики, ресурс, состояние оборудования, возможность его замены и модернизации и т.п.) имеют значение не меньшее, чем для объектов большой энергетики. Более того, поскольку зоны децентрализованного энергоснабжения охватывают главным образом северную и северо-восточную часть территории нашей страны с суровым климатом (или островные территории), тяжелыми и дорогими условиями доставки грузов, удаленностью от центров снабжения, а маневрирование ресурсами и мощностью на малых объектах затруднительно, проблемы энергетической безопасности для таких объектов становятся особенно острыми. Рабочие электростанции являются, как правило, стационарными и, прежде всего, должны, по возможности, удовлетворять требованиям большого срока службы и малой удельной стоимости вырабатываемой электроэнергии. Однако рабочие электростанции малой энергетики по этим показателям уступают крупным генерирующим узлам централизованных систем электроснабжения.

В связи с изложенным, пристальное внимание должны привлекать вопросы совершенствования дизельных энергоустановок, составляющих, как известно, основу малой энергетики. Современные достижения в электромашиностроении, аппаратостроении, силовой преобразовательной технике, приборостроении, электронике, и особенно в микроэлектронике, могут находить широкое применение в самых различных областях малой энергетики.

При практическом анализе САЭ было установлено, что комплектация электростанций производится разнотипными машинами. В основном это тихоходные дизель-генераторы мощностью 10-40 МВт, но различных производителей. В зависимости от марки ДГ его параметры различны, в частности, при указанной мощности агрегатов частота вращения колеблется в диапазоне от 1500 до 130 об/мин.

В ходе проведения ряда исследований было выявлено, что в случае автономной электрической станции, оснащенной разнотипными генераторами с дизельным приводом, кроме колебаний на оборотной частоте возможно появление низкочастотных биений, проявляющихся в значительных амплитудах колебаний мощности и напряжения. Учитывая нелинейные свойства системы, выбор законов регулирования и оптимальных настроек регуляторов является трудноразрешимой задачей.

Автоматическое регулирование возбуждения генераторов является эффективным средством обеспечения статической устойчивости электроэнергетических систем и подавления колебаний. Анализ эффективности регулирования возбуждения с точки зрения демпфирования вынужденных колебаний электромагнитной мощности и напряжения в условиях электроэнергетической системы различной структуры проводился на примере островных ЭЭС Греции (Кос, Парос, Хиос).

Рассмотрены условия демпфирования колебаний, вызванных неравномерностью вращающего момента первичного двигателя (дизель-генератора) в условиях автономной работы многоагрегатных систем электроснабжения. Устойчивость и надежность работы ЭЭС обеспечивается за счет применения различных систем управления, важное место среди которых занимают системы автоматического регулирования возбуждения генераторов. Достижение высоких демпферных свойств реализуется благодаря использованию в АРВ дополнительных параметров стабилизации. Установлена высокая эффективность использования канала регулирования возбуждения по производной тока статора. Показано, что подавление колебаний электромагнитной мощности генератора за счет регулирования возбуждения приводят к увеличению колебаний напряжения на шинах приемной станции. Даны рекомендации по выбору настройки канала регулирования по производной тока статора, обеспечивающие удовлетворение всех ограничений.