Математическая модель энергосистемы для анализа алгоритмов автоматических регуляторов частоты вращения генераторов
Ключевые слова:
частота, электроэнергетическая система, регуляторы, алгоритм регулирования, генераторы, колебания частоты, переходные процессы
Аннотация
Одним из ключевых процессов в оперативно-диспетчерском управлении электроэнергетическими системами является регулирование режимных параметров генератора, в частности частоты его вращения. В статье рассматривается процесс общего первичного регулирования частоты, направленный на снижение отклонения параметра от номинального значения. Существует проблема: при регулировании частоты в энергосистеме несколькими электростанциями с различными типами регуляторов при отсутствии согласования между ними в определенных аварийных ситуациях имеет место некорректное регулирование, сопровождающееся незатухающими колебаниями частоты. Установка регламентированных параметров регуляторов не обеспечивает качество регулирования во всех режимных ситуациях, что приводит к необходимости пренебрегать требованиями нормативных документов. Поэтому актуальна разработка математической модели энергосистемы с возможностью программного изменения типов регуляторов на моделируемых электростанциях и корректировки их параметров. Статья посвящена разработке математической модели, позволяющей детально исследовать особенности общего первичного регулирования частоты и переходные процессы при нем. При верификации модели использованы данные реальной аварии, произошедшей в энергосистеме Норильско-Таймырской энергетической компании.
Литература
1. Барзам А.Б. Системная автоматика. М.: Энергоатомиздат, 1989, 446 с.
2. Овчаренко Н.И. Автоматика энергосистем / под ред. А.Ф. Дьякова. М.: Издательский дом МЭИ, 2016, 476 с.
3. Fyodorova V., Kirichenko V., Glazyrin G. Development of a Mathematical Model for the Study of Transients in General Primary Frequency Control in Power Systems. – E3S Web of Conferences, 2023, vol. 470, DOI:10.1051/e3sconf/202347001048.
4. Fyodorova V.A. et al. The Process of Primary Frequency Control of the Power Systems Investigation Using Modeling Methods. – IEEE XVI International Scientific and Technical Conference Actual Problems of Electronic Instrument Engineering, 2023, pp. 360–365, DOI:10.1109/APEIE59731.2023.10347775.
5. Bu S., Wen J., Li F. A Generic Framework for Analytical Probabilistic Assessment of Frequency Stability in Modern Power System Operational Planning. – IEEE Transactions on Power Systems, 2019, vol. 34, No. 5, pp. 3973–3976, DOI: 10.1109/TPWRS.2019.2924149.
6. Glazyrin G. et al. Simulation of Transients in an Autonomous Power System Considering the Generator and Transformer Magnetic Core Saturation. – Energy Reports, 2023, vol. 9, supl. 1, pp. 444–451, DOI:10.1016/j.egyr.2022.11.031.
7. Аллаев К.Р. Выбор настроек ПИД-регуляторов устройства автоматического управления генерацией в энергосистеме. – Электричество, 2023, № 2, с. 50–59.
8. Герасимов А.С., Герасимов Д.А., Гуриков О.В. Исследование систем автоматического управления гидроагрегатами Серебрянских ГЭС. – Известия НТЦ Единой энергетической системы, 2023, № 1(88), с. 35–50.
9. Gulzar M.M. et al. Load Frequency Control (LFC) Strategies in Renewable Energy-Based Hybrid Power Systems: A Review. – Energies, 2022, vol. 15, No. 10, DOI: 10.3390/en15103488.
10. Аюев Б. и др. Особенности регулирования частоты и перетоков мощности в изолированно работающих энергосистемах. – Известия НТЦ Единой энергетической системы, 2020, № 1, с. 124–130.
11. Коган Ф.Л. Стабилизация режимов современной многомашинной энергосистемы после больших возмущений. – Электричество, 2023, № 5, с. 4–13.
12. Коган Ф.Л. Повышение эффективности стабилизации режима при возмущениях в энергосистеме. – Электричество, 2020, № 5, с. 4–11.
13. Yang F. et al. Data-Driven Load Frequency Control Based on Multi-Agent Reinforcement Learning With Attention Mechanism. – IEEE Transactions on Power Systems, 2023, 38(6), pp. 5560–5569, DOI: 10.1109/TPWRS.2022.3223255..
14. Liu Q. et al. Emergency Control Strategy of Ultra-Low Frequency Oscillations Based on WAMS. – IEEE Innovative Smart Grid Technologies-Asia, 2019, pp. 296–301, DOI: 10.1109/ISGT-Asia.2019.8881141.
15. Рабинович М.А. Статистические характеристики частоты электроэнергетической системы, связанной слабой связью с энергообъединением. – Электричество, 2020, № 3, с. 18–27.
16. ГОСТ 55890-2013. Единая энергетическая система и изолированно работающие энергосистемы. Оперативно-диспетчерское управление. Регулирование частоты и перетоков активной мощности. Нормы и требования. М.: Стандартинформ, 2014, 51 с.
---
Исследование, по результатам которого подготовлена статья, выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 22-79-00181).
#
1. Barzam A.B. Sistemnaya avtomatika (System Automation). M.: Energoatomizdat, 1989, 446 p.
2. Ovcharenko N.I. Avtomatika energosistem (Automation of Power Systems) / Ed. by A.F. Dyakov. M.: Izdatel'skiy dom MEI, 2016, 476 p.
3. Fyodorova V., Kirichenko V., Glazyrin G. Development of a Mathematical Model for the Study of Transients in General Primary Frequency Control in Power Systems. – E3S Web of Conferences, 2023, vol. 470, DOI:10.1051/e3sconf/202347001048.
4. Fyodorova V.A. et al. The Process of Primary Frequency Control of the Power Systems Investigation Using Modeling Methods. – IEEE XVI International Scientific and Technical Conference Actual Problems of Electronic Instrument Engineering, 2023, pp. 360–365, DOI:10.1109/APEIE59731.2023.10347775.
5. Bu S., Wen J., Li F. A Generic Framework for Analytical Probabilistic Assessment of Frequency Stability in Modern Power System Operational Planning. – IEEE Transactions on Power Systems, 2019, vol. 34, No. 5, pp. 3973–3976, DOI: 10.1109/TPWRS.2019.2924149.
6. Glazyrin G. et al. Simulation of Transients in an Autonomous Power System Considering the Generator and Transformer Magnetic Core Saturation. – Energy Reports, 2023, vol. 9, supl. 1, pp. 444–451, DOI:10.1016/j.egyr.2022.11.031.
7. Аllaev К.R. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2023, No. 2, pp. 50–59.
8. Gerasimov A.S., Gerasimov D.A., Gurikov O.V. Izvestiya NTTS Edinoy energeticheskoy sistemy – in Russ. (Proceedings of the NTC of the Unified Energy System), 2023, No. 1(88), pp. 35–50.
9. Gulzar M.M. et al. Load Frequency Control (LFC) Strategies in Renewable Energy-Based Hybrid Power Systems: A Review. – Energies, 2022, vol. 15, No. 10, DOI: 10.3390/en15103488.
10. Ayuev B. et al. Izvestiya NTTS Edinoy energeticheskoy sistemy – in Russ. (Proceedings of the NTC of the Unified Energy System), 2020, No. 1, pp. 124–130.
11. Коgan F.L. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2023, No. 5, pp. 4–13.
12. Коgan F.L. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2020, No. 5, pp. 4–11.
13. Yang F. et al. Data-Driven Load Frequency Control Based on Multi-Agent Reinforcement Learning With Attention Mechanism. – IEEE Transactions on Power Systems, 2023, 38(6), pp. 5560–5569, DOI: 10.1109/TPWRS.2022.3223255.
14. Liu Q. et al. Emergency Control Strategy of Ultra-Low Frequency Oscillations Based on WAMS. – IEEE Innovative Smart Grid Technologies-Asia, 2019, pp. 296–301, DOI: 10.1109/ISGT-Asia.2019.8881141.
15. Rabinovich М.А. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2020, No. 3, pp. 18–27.
16. GОSТ 55890-2013. Edinaya energeticheskaya sistema i izolirovanno rabotayushchie energosistemy. Operativno-dispetcherskoe upravlenie. Regulirovanie chastoty i peretokov aktivnoy moshchnosti. Normy i trebovaniya (United Power System and Isolated Power Systems. Operative-Dispatch Management. Frequency Control and Control of Active Power. Norms and Requirements). M.: Standartinform, 2014, 51 p
---
The research was financially supported by a grant of the Russian Science Foundation (project No. 22-79-00181)
2. Овчаренко Н.И. Автоматика энергосистем / под ред. А.Ф. Дьякова. М.: Издательский дом МЭИ, 2016, 476 с.
3. Fyodorova V., Kirichenko V., Glazyrin G. Development of a Mathematical Model for the Study of Transients in General Primary Frequency Control in Power Systems. – E3S Web of Conferences, 2023, vol. 470, DOI:10.1051/e3sconf/202347001048.
4. Fyodorova V.A. et al. The Process of Primary Frequency Control of the Power Systems Investigation Using Modeling Methods. – IEEE XVI International Scientific and Technical Conference Actual Problems of Electronic Instrument Engineering, 2023, pp. 360–365, DOI:10.1109/APEIE59731.2023.10347775.
5. Bu S., Wen J., Li F. A Generic Framework for Analytical Probabilistic Assessment of Frequency Stability in Modern Power System Operational Planning. – IEEE Transactions on Power Systems, 2019, vol. 34, No. 5, pp. 3973–3976, DOI: 10.1109/TPWRS.2019.2924149.
6. Glazyrin G. et al. Simulation of Transients in an Autonomous Power System Considering the Generator and Transformer Magnetic Core Saturation. – Energy Reports, 2023, vol. 9, supl. 1, pp. 444–451, DOI:10.1016/j.egyr.2022.11.031.
7. Аллаев К.Р. Выбор настроек ПИД-регуляторов устройства автоматического управления генерацией в энергосистеме. – Электричество, 2023, № 2, с. 50–59.
8. Герасимов А.С., Герасимов Д.А., Гуриков О.В. Исследование систем автоматического управления гидроагрегатами Серебрянских ГЭС. – Известия НТЦ Единой энергетической системы, 2023, № 1(88), с. 35–50.
9. Gulzar M.M. et al. Load Frequency Control (LFC) Strategies in Renewable Energy-Based Hybrid Power Systems: A Review. – Energies, 2022, vol. 15, No. 10, DOI: 10.3390/en15103488.
10. Аюев Б. и др. Особенности регулирования частоты и перетоков мощности в изолированно работающих энергосистемах. – Известия НТЦ Единой энергетической системы, 2020, № 1, с. 124–130.
11. Коган Ф.Л. Стабилизация режимов современной многомашинной энергосистемы после больших возмущений. – Электричество, 2023, № 5, с. 4–13.
12. Коган Ф.Л. Повышение эффективности стабилизации режима при возмущениях в энергосистеме. – Электричество, 2020, № 5, с. 4–11.
13. Yang F. et al. Data-Driven Load Frequency Control Based on Multi-Agent Reinforcement Learning With Attention Mechanism. – IEEE Transactions on Power Systems, 2023, 38(6), pp. 5560–5569, DOI: 10.1109/TPWRS.2022.3223255..
14. Liu Q. et al. Emergency Control Strategy of Ultra-Low Frequency Oscillations Based on WAMS. – IEEE Innovative Smart Grid Technologies-Asia, 2019, pp. 296–301, DOI: 10.1109/ISGT-Asia.2019.8881141.
15. Рабинович М.А. Статистические характеристики частоты электроэнергетической системы, связанной слабой связью с энергообъединением. – Электричество, 2020, № 3, с. 18–27.
16. ГОСТ 55890-2013. Единая энергетическая система и изолированно работающие энергосистемы. Оперативно-диспетчерское управление. Регулирование частоты и перетоков активной мощности. Нормы и требования. М.: Стандартинформ, 2014, 51 с.
---
Исследование, по результатам которого подготовлена статья, выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 22-79-00181).
#
1. Barzam A.B. Sistemnaya avtomatika (System Automation). M.: Energoatomizdat, 1989, 446 p.
2. Ovcharenko N.I. Avtomatika energosistem (Automation of Power Systems) / Ed. by A.F. Dyakov. M.: Izdatel'skiy dom MEI, 2016, 476 p.
3. Fyodorova V., Kirichenko V., Glazyrin G. Development of a Mathematical Model for the Study of Transients in General Primary Frequency Control in Power Systems. – E3S Web of Conferences, 2023, vol. 470, DOI:10.1051/e3sconf/202347001048.
4. Fyodorova V.A. et al. The Process of Primary Frequency Control of the Power Systems Investigation Using Modeling Methods. – IEEE XVI International Scientific and Technical Conference Actual Problems of Electronic Instrument Engineering, 2023, pp. 360–365, DOI:10.1109/APEIE59731.2023.10347775.
5. Bu S., Wen J., Li F. A Generic Framework for Analytical Probabilistic Assessment of Frequency Stability in Modern Power System Operational Planning. – IEEE Transactions on Power Systems, 2019, vol. 34, No. 5, pp. 3973–3976, DOI: 10.1109/TPWRS.2019.2924149.
6. Glazyrin G. et al. Simulation of Transients in an Autonomous Power System Considering the Generator and Transformer Magnetic Core Saturation. – Energy Reports, 2023, vol. 9, supl. 1, pp. 444–451, DOI:10.1016/j.egyr.2022.11.031.
7. Аllaev К.R. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2023, No. 2, pp. 50–59.
8. Gerasimov A.S., Gerasimov D.A., Gurikov O.V. Izvestiya NTTS Edinoy energeticheskoy sistemy – in Russ. (Proceedings of the NTC of the Unified Energy System), 2023, No. 1(88), pp. 35–50.
9. Gulzar M.M. et al. Load Frequency Control (LFC) Strategies in Renewable Energy-Based Hybrid Power Systems: A Review. – Energies, 2022, vol. 15, No. 10, DOI: 10.3390/en15103488.
10. Ayuev B. et al. Izvestiya NTTS Edinoy energeticheskoy sistemy – in Russ. (Proceedings of the NTC of the Unified Energy System), 2020, No. 1, pp. 124–130.
11. Коgan F.L. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2023, No. 5, pp. 4–13.
12. Коgan F.L. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2020, No. 5, pp. 4–11.
13. Yang F. et al. Data-Driven Load Frequency Control Based on Multi-Agent Reinforcement Learning With Attention Mechanism. – IEEE Transactions on Power Systems, 2023, 38(6), pp. 5560–5569, DOI: 10.1109/TPWRS.2022.3223255.
14. Liu Q. et al. Emergency Control Strategy of Ultra-Low Frequency Oscillations Based on WAMS. – IEEE Innovative Smart Grid Technologies-Asia, 2019, pp. 296–301, DOI: 10.1109/ISGT-Asia.2019.8881141.
15. Rabinovich М.А. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2020, No. 3, pp. 18–27.
16. GОSТ 55890-2013. Edinaya energeticheskaya sistema i izolirovanno rabotayushchie energosistemy. Operativno-dispetcherskoe upravlenie. Regulirovanie chastoty i peretokov aktivnoy moshchnosti. Normy i trebovaniya (United Power System and Isolated Power Systems. Operative-Dispatch Management. Frequency Control and Control of Active Power. Norms and Requirements). M.: Standartinform, 2014, 51 p
---
The research was financially supported by a grant of the Russian Science Foundation (project No. 22-79-00181)
