Групповое регулирование синхронных генераторов заводских электростанций
DOI:
https://doi.org/10.24160/0013-5380-2026-5-63-73Ключевые слова:
синхронный генератор, заводская электростанция, коэффициент запаса статической апериодической устойчивости, групповое регулирование возбужденияАннотация
В статье рассмотрены вопросы повышения коэффициента запаса статической апериодической устойчивости синхронных генераторов (СГ) заводской электростанции в составе системы электроснабжения металлургического предприятия. Предложен способ группового автоматического регулирования возбуждения СГ, основанный на принципе поддержания одинаковых углов роторов, что актуально в условиях заводского электроснабжения с учетом технических ограничений СГ и изменения параметров питающей сети. К основным ограничениям СГ относятся предельные значения токов возбуждения и статора, уровень напряжения в точке подключения к системе электроснабжения и состояние системы охлаждения. Приведен упрощенный алгоритм анализа статической устойчивости с учетом траекторий утяжеления режима в условиях системы электроснабжения металлургического предприятия. Рассмотрены эксплуатационные режимы на примере заводской электростанции сложной конфигурации с несколькими ступенями трансформации. Проведен вычислительный эксперимент с помощью MATLAB/Simulink-моделирования. Даны рекомендации по повышению коэффициента запаса статической апериодической устойчивости СГ в нормальных и утяжеленных режимах. Полученные результаты могут быть использованы при реализации группового регулирования возбуждения СГ заводских электростанций предприятий черной металлургии с полным циклом производства.
Библиографические ссылки
1. Kothari D.P., Nagrath I.J. Power System Engineering. Second Edition. New Delhi: Tata McGraw-Hill Publishing Co. Ltd, 2008.
2. Жданов П.С. Вопросы устойчивости энергетических систем. М.: Энергия, 1979, 456 с.
3. Мелешкин Г.А., Меркурьев Г.В. Устойчивость энергосистем. Теория: Монография. СПб.: НОУ «Центр подготовки кадров энергетики», 2006, 350 с.
4. Кимбарк Э. Синхронные машины и устойчивость электрических систем. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1960, 392 с.
5. Филиппова Н.Г., Бердник Е.Г. Автоматизированный поиск предельных режимов ЭЭС по условиям статической устойчивости. – Электричество, 2002, № 9, с. 9–15.
6. Лоханин Е.К. и др. Некоторые вопросы анализа статической устойчивости электроэнергетических систем. – Электричество, 2013, № 9, с. 2–6.
7. Коган Ф.Л. Повышение эффективности стабилизации режима при возмущениях в энергосистеме. – Электричество, 2020, № 5, с. 4–11.
8. Коган Ф.Л. Стабилизация режимов современной многомашинной энергосистемы после больших возмущений. – Электричество, 2023, № 5, с. 4–13.
9. Поляхов Н.Д. Адаптивное управление синхронным генератором на основе безынерционного параметрического алгоритма. – Электричество, 2014, № 12, с. 47–54.
10. Егоров И.С., Гольдштейн М.Е. Регулирование напряжения блока "синхронный генератор - объединенный регулятор потока мощности". – Вестник ЮУрГУ. Серия: Энергетика, 2014, т. 14, № 3, с. 19–24.
11. Shi X., Mu S. Research on Measures to Improve Stability of the Power System. – Applied Mechanics and Materials, 2015, vol. 742, pp. 648–652, DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMM.742.648.
12. Satheesh A., Manigandan T. Maintaining Power System Stability with Facts Controller using Bees Algorithm and NN. – Journal of Theoretical and Applied Information Technology, 2013, vol. 49, No. 1, pp. 38–47.
13. Welhazi Y. et al. Power System Stability Enhancement Using FACTS Controllers in Multimachine Power Systems. – Journal of Electrical Systems, 2014, No. 10-3, pp. 276–291.
14. Hazarika D. New Method for Monitoring Voltage Stability Condition of a Bus of an Interconnected Power System Using Measurements of the Bus Variables. – IET Generation, Transmission & Distribution, 2012, vol. 6, No. 10, pp. 977–985, DOI: 10.1049/iet-gtd.2011.0786.
15. Гуревич Ю.Е., Илюшин П.В. Особенности расчетов режимов в энергорайонах с распределенной генерацией. Н. Новгород: Нижегородский институт управления – филиал РАНХиГС при Президенте РФ, 2018, 280 с.
16. Илюшин П.В., Куликов А.Л. Автоматика управления нормальными и аварийными режимами энергорайонов с распределенной генерацией. Н. Новгород: Нижегородский институт управления – филиал РАНХиГС при Президенте РФ, 2019, 364 с.
17. Булатов Ю.Н., Крюков А.В. Противоаварийное управление установками распределенной генерации. – Электричество, 2019, № 2, с. 18–25.
18. Газизова О.В. и др. Определение границ динамической устойчивости генераторов промышленной электростанции с учетом двигательной нагрузки. – Электротехнические системы и комплексы, 2018, № 2 (39), с. 34–41.
19. Газизова О.В., Кондрашова Ю.Н., Малафеев А.В. Повышение эффективности управления режимами электростанций промышленного энергоузла за счет прогнозирования статической и динамической устойчивости при изменении конфигурации сети. – Электротехнические системы и комплексы, 2016, № 3 (32), с. 27–38.
20. А.с. SU 1317639 A1. Устройство для регулирования напряжения и реактивной мощности электростанции / Я.Д. Баркан, В.Н. Аронсон, В.Н. Денщиков, 1987.
21. Петров Н.В., Кушкова Е.И., Пушков А.П. Анализ колебательной устойчивости при параллельной работе электрической станции и энергосистемы без учета движения роторов и релейном управлении возбуждением генераторов. – Всеросс. ежегодная научно-практ. конф. «Общество. Наука. Инновации», 2017, с. 1748–1758.
22. А.с. SU 450303 A1. Устройство для группового регулирования напряжения на шинах электростанции / Н.Б. Гущина, В.Ф. Ряннель, 1974.
23. А.с. SU 1056357 A1. Способ автоматического группового управления возбуждением синхронных генераторов электростанции / М.И. Гумин, Л.В. Росман, В.Ф. Блохин, 1983.
24. А.с. SU 120569 A1. Устройство для группового регулирования возбуждения генераторов / Д.З. Альтерман, 1959.
25. Казанцев Ю.В. Исследование и разработка алгоритмов группового регулирования активной и реактивной мощности ГЭС: автореф. дис. ... канд. техн. наук. Новосибирск, 2021, 24 с.
26. Газизова О.В. и др. Определение экономически целесообразного уровня напряжения в условиях заводской электростанции. – Электротехнические системы и комплексы, 2025, № 4 (69), с. 38–44.
27. Требования к обеспечению надежности электроэнергетических систем, надежности и безопасности объектов электроэнергетики и энергопринимающих установок «Методические указания по устойчивости энергосистем» (с изм. на 28.12.2020) (Утв. приказом Минэнерго России от 03.08.2018 г. № 630).
28. Каленитонок Е.В., Филипчик Ю.Д. Управление реактивной мощностью генераторов электростанций для повышения устойчивости электроэнергетических систем. – Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ, 2009, № 6, с. 23–30.
29. Корнилов Г.П. и др. Анализ систем возбуждения синхронных генераторов заводских электростанций. – Вестник ЮУрГУ. Серия: Энергетика, 2022, т. 22, № 2, с. 69–80.
30. Газизова О.В. Групповое регулирование систем возбуждения заводских синхронных генераторов при выходе на раздельную работу с энергосистемой с целью повышения устойчивости. – Известия высших учебных заведений. Электромеханика, 2022, т. 65, № 1, с. 82–89.
31. Помазкин В.П., Гречин В.П. Оценка запаса статической устойчивости синхронного генератора по напряжению. – Электричество, 1975, № 9, с. 69–70.
32. Ананичева С.С., Бартоломей П.И., Мызин А.Л. Передача электроэнергии на большие расстояния. Екатеринбург: УрФУ, 2012, 85 с.
33. Газизова О.В. Особенности применения метода последовательного утяжеления при анализе статической устойчивости источников распределенной генерации. – Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика, 2021, т. 21, № 3, с. 31–40.
34. Корнилов Г.П. и др. Повышение устойчивости генераторов заводских электростанций за счет использования каналов стабилизации. – Известия высших учебных заведений. Электромеханика, 2025, т. 68, № 2, с. 66–75.
---
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-79-30015, https://rscf.ru/project/23-79-30015.
#
1. Kothari D.P., Nagrath I.J. Power System Engineering. Second Edition. New Delhi: Tata McGraw-Hill Publishing Co. Ltd, 2008.
2. Zhdanov P.S. Voprosy ustoychivosti energeticheskih sistem (Issues of Sustainability of Energy Systems). M.: Energiya, 1979, 456 p.
3. Meleshkin G.A., Merkur’ev G.V. Ustoychivost’ energosistem. Teoriya: Monografiya (Stability of Power Systems. Theory: Mono-graph). SPb.: NOU «Tsentr podgotovki kadrov energetiki», 2006, 350 p.
4. Kimbark E. Sinhronnye mashiny i ustoychivost’ elektricheskih sistem (Synchronous Machines and Stability of Electrical Systems). M.-L.: Gosenergoizdat, 1960, 392 p.
5. Filippova N.G., Berdnik E.G. Elektrichestvo – in Russ. (Electri-city), 2002, No. 9, pp. 9–15.
6. Lohanin E.K. et al. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2013, No. 9, pp. 2–6.
7. Kogan F.L. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2020, No. 5, pp. 4–11.
8. Kogan F.L. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2023, No. 5, pp. 4–13.
9. Polyahov N.D. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2014, No. 12, pp. 47–54.
10. Egorov I.S., Gol’dshteyn M.E. Vestnik YuUrGU. Seriya: Energetika – in Russ. (Bulletin of South Ural State University. Series: Power Engineering), 2014, vol. 14, No. 3, pp. 19–24.
11. Shi X., Mu S. Research on Measures to Improve Stability of the Power System. – Applied Mechanics and Materials, 2015, vol. 742, pp. 648–652, DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMM.742.648.
12. Satheesh A., Manigandan T. Maintaining Power System Stability with Facts Controller using Bees Algorithm and NN. – Journal of Theoretical and Applied Information Technology, 2013, vol. 49, No. 1, pp. 38–47.
13. Welhazi Y. et al. Power System Stability Enhancement Using FACTS Controllers in Multimachine Power Systems. – Journal of Electrical Systems, 2014, No. 10-3, pp. 276–291.
14. Hazarika D. New Method for Monitoring Voltage Stability Con-dition of a Bus of an Interconnected Power System Using Measurements of the Bus Variables. – IET Generation, Transmission & Distribution, 2012, vol. 6, No. 10, pp. 977–985, DOI: 10.1049/iet-gtd.2011.0786.
15 Gurevich Yu.E., Ilyushin P.V. Osobennosti raschetov rezhimov v energorayonah s raspredelennoy generatsiey (Features of Calculating Modes in Energy Districts with Distributed Generation). N. Novgorod: Nizhegorodskiy institut upravleniya – filial RANHiGS pri Prezidente RF, 2018, 280 p.
16. Ilyushin P.V., Kulikov A.L. Avtomatika upravleniya normal’-nymi i avariynymi rezhimami energorayonov s raspredelennoy genera-tsiey (Automation of Control of Normal and Emergency Modes of Energy Districts with Distributed Generation). N. Novgorod: Nizhegorodskiy institut upravleniya – filial RANHiGS pri Prezidente RF, 2019, 364 p.
17. Bulatov Yu.N., Kryukov A.V. Elektrichestvo – in Russ. (Elec-tricity), 2019, No. 2, pp. 18–25.
18. Gazizova O.V. et al. Elektrotehnicheskie sistemy i kompleksy – in Russ. (Electrical Engineering Systems and Complexes), 2018, No. 2 (39), pp. 34–41.
19. Gazizova O.V., Kondrashova Yu.N., Malafeev A.V. Elektro-tehnicheskie sistemy i kompleksy – in Russ. (Electrical Engineering Systems and Complexes), 2016, No. 3 (32), pp. 27–38.
20. A.s. SU 1317639 A1. Ustroystvo dlya regulirovaniya naprya-zheniya i reaktivnoy moshchnosti elektrostantsii (A Device for Regulating the Voltage and Reactive Power of a Power Plant) / Ya.D. Barkan, V.N. Aronson, V.N. Denshchikov, 1987.
21. Petrov N.V., Kushkova E.I., Pushkov A.P. Vseross. ezhe-godnaya nauchno-prakt. konf. «Obshchestvo. Nauka. Innovatsii» – in Russ. (All-Russian Annual Scientific and Pract. Conf. "Society. Science. Innovations"), 2017, pp. 1748–1758.
22. A.s. SU 450303 A1. Ustroystvo dlya gruppovogo regulirovaniya napryazheniya na shinah elektrostantsii (Device for Group Voltage Re-gulation on Power Plant Tires) / N.B. Gushchina, V.F. Ryannel’, 1974.
23. A.s. SU 1056357 A1. Sposob avtomaticheskogo gruppovogo upravleniya vozbuzhdeniem sinhronnyh generatorov elektrostantsii (A Method for Automatic Group Control of the Excitation of Synchronous Generators of a Power Plant) / M.I. Gumin, L.V. Rosman, V.F. Blohin, 1983.
24. A.s. SU 120569 A1. Ustroystvo dlya gruppovogo regulirovaniya vozbuzhdeniya generatorov (Device for Group Control of Excitation of Generators) / D.Z. Al’terman, 1959.
25. Kazantsev Yu.V. Issledovanie i razrabotka algoritmov grup-povogo regulirovaniya aktivnoy i reaktivnoy moshchnosti GES: avtoref. dis. ... kand. tehn. nauk (Research and Development of Group Control Algorithms for Active and Reactive Power Plants: Abstract ... Cand. Sci. (Eng.)). Novosibirsk, 2021, 24 p.
26. Gazizova O.V. et al. Elektrotehnicheskie sistemy i komplek-sy – in Russ. (Electrical Engineering Systems and Complexes), 2025, No. 4 (69), pp. 38–44.
27. Trebovaniya k obespecheniyu nadezhnosti elektroenergeti-cheskih sistem, nadezhnosti i bezopasnosti ob’‘ektov elektroenergetiki i energoprinimayushchih ustanovok «Metodicheskie ukazaniya po ustoychivosti energosistem» (s izm. na 28.12.2020) (Utv. prikazom Minenergo Rossii ot 03.08.2018 g. No. 630) (Requirements for Ensuring the Reliability of Electric Power Systems, Reliability and Safety of Electric Power Facilities and Power Receiving Installations "Methodological Guidelines for the Stability of Energy Systems" (As Amended on 28.12.2020) (Approved by Order of the Ministry of Energy of Russia dated 03.08.2018 No. 630)).
28. Kalenitonok E.V., Filipchik Yu.D. Energetika. Izvestiya vysshih uchebnyh zavedeniy i energeticheskih ob’edineniy SNG – in Russ. (Energy. News of Higher Educational Institutions and Energy Associations of the CIS), 2009, No. 6, pp. 23–30.
29. Kornilov G.P. et al. Vestnik YuUrGU. Seriya: Energetika – in Russ. (Bulletin of South Ural State University. Series: Power Engineering), 2022, vol. 22, No. 2, pp. 69–80.
30. Gazizova O.V. Izvestiya vysshih uchebnyh zavedeniy. Elektromehanika – in Russ. (News of Higher Educational Institutions. Electromechanics), 2022, vol. 65, No. 1, pp. 82–89.
31. Pomazkin V.P., Grechin V.P. Elektrichestvo – in Russ. (Electri-city), 1975, No. 9, pp. 69–70.
32. Ananicheva S.S., Bartolomey P.I., Myzin A.L. Peredacha elektroenergii na bol’shie rasstoyaniya (Transmission of Electricity Over Long Distances). Ekaterinburg: UrFU, 2012, 85 p.
33. Gazizova O.V. Vestnik Yuzhno-Ural’skogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Energetika – in Russ. (Bulletin of South Ural State University. Series: Power Engineering), 2021, vol. 21, No. 3, pp. 31–40.
34. Kornilov G.P. et al. Izvestiya vysshih uchebnyh zavedeniy. Elektromehanika – in Russ. (News of Higher Educational Institutions. Electromechanics), 2025, vol. 68, No. 2, pp. 66–75
---
The study was financially supported by the Russian Science Foundation, grant No. 23-79-30015, https://rscf.ru/project/23-79-30015.
