Stabilizing the Operation Modes of a Modern Multi-Machine Power System after Large Disturbances
Keywords:
power system, synchronous generator, steady-state stability, AEC, operation mode stabilization, torsional vibration
Abstract
Operational experience has shown that the tuning of stabilization channels of automatic excitation controllers (AEC) adopted in the UES of Russia improves steady-state stability in the power system both for long power lines and through weak connections, as well as in the event of small fluctuations in parameters. However, situations may occur in a multi-machine power system during transients after large disturbances and loss of synchronism between generators with large power fluctuations when the adopted (standard) tuning does not provide rapid suppression of these fluctuations. In an emergency situation, a prolonged transient with large power fluctuations can cause a local damage to evolve into a system accident. The article describes a method for stabilizing the operation modes in a multi-machine power system, according to which it is proposed to produce stabilizing AEC signals based on the difference of deviations between the shaft rotation frequency of each unit and the voltage frequency on the power plant busbars. Such signals will contribute to fast synchronization of generators with respect to one another and prevent power overflows between them during oscillations. In addition, with the stabilizing signals formed in this way, there will be no need for repeatedly retuning the AEC in the course of power system development and as changes are made in the electrical network structure; moreover, a widespread introduction of the proposed approach will significantly reduce the risk of torsional vibration of the turbine unit shaft. The results of the discussion of the proposed stabilization method by the UES Scientific and Technical Council are presented.
References
1. ГОСТ 21558-2018. Системы возбуждения турбогенераторов, гидрогенераторов и синхронных компенсаторов. Общие технические условия. М.: Стандартинформ, 2019, 19 с.
2. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации (Утв. приказом Минэнерго России от 19.06.2003 г. №. 229).
3. Приказ Минэнерго России от 04.10.2022 г. № 1070 «Об утверждении Правил технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации и внесении изменений в приказы Минэнерго России…».
4. РД 34.20.577-77. Методические указания по определению устойчивости энергосистем. Ч. 1. М.: СПО Союзтехэнерго, 1979, 184 с.
5. Требования к обеспечению надежности электроэнергетических систем, надежности и безопасности объектов электроэнергетики и энергопринимающих установок «Методические указания по устойчивости энергосистем» (Утв. приказом Минэнерго России от 03.08.2018 г. №. 630).
6. Комков А.Л. и др. Реализация системных функций АРВ сильного действия синхронных генераторов. – Электрические станции, 2019, № 2, с. 33–36.
7. Степанов В.М., Карпунин Д.А. Анализ конструктивных схем систем возбуждения синхронных генераторов, работающих в составе Единой энергосистемы. – Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2019, № 11, с. 27–32.
8. Гуриков О.В. Методика выбора параметров настройки системных стабилизаторов микропроцессорных автоматических регуляторов возбуждения, работающих в объединениях сложной структуры: дис. … канд. техн. наук. СПб., 2020, 196 с.
9. Юрганов А.А., Кожевников В.А. Регулирование возбуждения синхронных генераторов. СПб.: Наука, 1996, 138 с.
10. Коган Ф.Л. Особенности сильного регулирования синхронных генераторов в сложной энергосистеме. – Электрические станции, 2019, № 7, с. 27–35.
11. Юрганов А.А. Некоторые соображения о статье Когана Ф.Л. «Особенности сильного регулирования синхронных генераторов в сложной энергосистеме». – Электрические станции, 2019, № 7, с. 36–37.
12. Коган Ф.Л. По поводу статьи А.А. Юрганова «Некоторые соображения о статье Когана Ф.Л. «Особенности сильного регулирования возбуждения синхронных генераторов в сложной энергосистеме». – Электрические станции, 2019, № 11, с. 55–60.
13. А.с. SU892640A1. Способ автоматического регулирования возбуждения синхронного генератора / Ф.Л. Коган, 1981.
14. А.с. SU1220102A1. Устройство автоматического регулирования возбуждения синхронного генератора / Ф.Л. Коган и др., 1985.
15. Коган Ф.Л. Сильное регулирование возбуждения и стабилизация режимов в многомашинной энергосистеме. – Электрические станции, 2021, № 3, с. 23–29.
16. Климова Г.Г., Николаева О.О. Анализ функционирования автоматических регуляторов возбуждения синхронного генератора с различными сигналами каналов стабилизации частоты. – Электрические станции, 2020, № 7, с. 24–32.
17. Ваккер Н.А., Тонышев А.В. О необходимости своевременной замены либо реконструкции систем возбуждения синхронных генераторов. – Электрические станции, 2015, № 12, с. 62–63.
18. Протокол заседания секции НП «НТС ЕЭС» по теме «Сильное регулирование возбуждения и стабилизация режимов в многомашинных энергосистемах» от 19.02.2022 [Электрон. ресурс], URL: https://www.nts-ees.ru/sites/default/files/protokolot19.03.22.pdf (дата обращения 27.03.2023).
#
1. GОSТ 21558-2018. Sistemy vozbuzhdeniya turbogeneratorov, gidrogeneratorov i sinhronnyh kompensatorov. Obshchie tekhnicheskie usloviya (Excitation Systems for Turbogenerators, Hydrogenerators and Synchronous Compensators. General Specifications). М.: Standartinform, 2019, 19 p.
2. Pravila tekhnicheskoy ekspluatatsii elektricheskih stantsiy i setey Rossiyskoy Federatsii (Utv. prikazom Minenergo Rossii ot 19.06.2003 g. №. 229) (Rules of Technical Operation of Electric Power Stations and Networks of the Russian Federation (Approved by the Order of the Ministry of Energy of the Russian Federation No. 229 dated 06.19.2003)).
3. Prikaz Minenergo Rossii ot 04.10.2022 g. № 1070 «Ob utverzhdenii Pravil tekhnicheskoy ekspluatatsii elektricheskih stantsiy i setey Rossiyskoy Federatsii i vnesenii izmeneniy v prikazy Minenergo Rossii…» (Order of the Ministry of Energy of the Russian Federation No. 1070 dated 04.10.2022 "On Approval of the Rules of Technical Operation of Power Plants and Networks of the Russian Federation and Amendments to the Orders of the Ministry of Energy of the Russian Federation...").
4. RD 34.20.577-77. Metodicheskie ukazaniya po opredeleniyu ustoychivosti energosistem. Ch. 1 (Methodological Guidelines for Determining the Stability of Power Systems. Part 1). М.: SPO Soyuz-tekhenergo, 1979, 184 p.
5. Trebovaniya k obespecheniyu nadezhnosti elektroenergeti-cheskih sistem, nadezhnosti i bezopasnosti ob"ektov elektroenergetiki i energoprinimayushchih ustanovok «Metodicheskie ukazaniya po ustoychivosti energosistem» (Utv. prikazom Minenergo Rossii ot 03.08.2018 g. №. 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 Power Systems" (Approved by the Order of the Ministry of Energy of the Russian Federation dated 03.08.2018 No. 630)).
6. Komkov A.L. et al. Elektricheskie stantsii – in Russ. (Power Plants), 2019, No. 2, pp. 33–36.
7. Stepanov V.M., Karpunin D.А. Izvestiya Tul'skogo gosudarstvennogo universiteta. Tekhnicheskie nauki – in Russ. (Proceedings of Tula State University. Technical Sciences), 2019, No. 11, pp. 27–32.
8. Gurikov O.V. Metodika vybora parametrov nastroyki sistemnyh stabilizatorov mikroprotsessornyh avtomaticheskih regulyatorov vozbuzhdeniya, rabotayushchih v ob"edineniyah slozhnoy struktury: dis. … kand. tekhn. nauk (The Method of Selecting the Settings of the System Stabilizers of Microprocessor-Based Automatic Excitation Regulators Operating in Associations of Complex Structure: diss. ... Cand. Sci. (Eng.)). SPb., 2020, 196 p.
9. Yurganov A.A., Kozhevnikov V.А. Regulirovanie vozbuzhde-niya sinhronnyh generatorov (Regulation of Excitation of Synchronous Generators). SPb.: Nauka, 1996, 138 p.
10. Kogan F.L. Elektricheskie stantsii – in Russ. (Power Plants), 2019, No. 7, pp. 27–35.
11. Yurganov А.А. Elektricheskie stantsii – in Russ. (Power Plants), 2019, No. 7, pp. 36–37.
12. Kogan F.L. Elektricheskie stantsii – in Russ. (Power Plants), 2019, No. 11, pp. 55–60.
13. А.s. SU892640A1. Sposob avtomaticheskogo regulirovaniya vozbuzhdeniya sinhronnogo generatora (Method of Automatic Control of Synchronous Generator Excitation) / F.L. Kogan, 1981.
14. А.s. SU1220102A1. Ustroystvo avtomaticheskogo regulirova-niya vozbuzhdeniya sinhronnogo generatora (Device for Automatic Control of Synchronous Generator Excitation) / F.L. Kogan et al., 1985.
15. Kogan F.L. Elektricheskie stantsii – in Russ. (Power Plants), 2021, No. 3, pp. 23–29.
16. Klimova G.G., Nikolaeva О.О. Elektricheskie stantsii – in Russ. (Power Plants), 2020, No. 7, pp. 24–32.
17. Vakker N.A., Tonyshev A.V. Elektricheskie stantsii – in Russ. (Power Plants), 2015, No. 12, pp. 62–63.
18. Protokol zasedaniya sektsii NP «NTS EES» ot 19.02.2022 (Minutes of the Meeting of the NP "NTS UES" Section dated 02.19.2022) [Electron. resource], URL: https://www.nts-ees.ru/sites/default/files/protokol_ot_19.03.22.pdf (Date of appeal 27.03.2023)
2. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации (Утв. приказом Минэнерго России от 19.06.2003 г. №. 229).
3. Приказ Минэнерго России от 04.10.2022 г. № 1070 «Об утверждении Правил технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации и внесении изменений в приказы Минэнерго России…».
4. РД 34.20.577-77. Методические указания по определению устойчивости энергосистем. Ч. 1. М.: СПО Союзтехэнерго, 1979, 184 с.
5. Требования к обеспечению надежности электроэнергетических систем, надежности и безопасности объектов электроэнергетики и энергопринимающих установок «Методические указания по устойчивости энергосистем» (Утв. приказом Минэнерго России от 03.08.2018 г. №. 630).
6. Комков А.Л. и др. Реализация системных функций АРВ сильного действия синхронных генераторов. – Электрические станции, 2019, № 2, с. 33–36.
7. Степанов В.М., Карпунин Д.А. Анализ конструктивных схем систем возбуждения синхронных генераторов, работающих в составе Единой энергосистемы. – Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2019, № 11, с. 27–32.
8. Гуриков О.В. Методика выбора параметров настройки системных стабилизаторов микропроцессорных автоматических регуляторов возбуждения, работающих в объединениях сложной структуры: дис. … канд. техн. наук. СПб., 2020, 196 с.
9. Юрганов А.А., Кожевников В.А. Регулирование возбуждения синхронных генераторов. СПб.: Наука, 1996, 138 с.
10. Коган Ф.Л. Особенности сильного регулирования синхронных генераторов в сложной энергосистеме. – Электрические станции, 2019, № 7, с. 27–35.
11. Юрганов А.А. Некоторые соображения о статье Когана Ф.Л. «Особенности сильного регулирования синхронных генераторов в сложной энергосистеме». – Электрические станции, 2019, № 7, с. 36–37.
12. Коган Ф.Л. По поводу статьи А.А. Юрганова «Некоторые соображения о статье Когана Ф.Л. «Особенности сильного регулирования возбуждения синхронных генераторов в сложной энергосистеме». – Электрические станции, 2019, № 11, с. 55–60.
13. А.с. SU892640A1. Способ автоматического регулирования возбуждения синхронного генератора / Ф.Л. Коган, 1981.
14. А.с. SU1220102A1. Устройство автоматического регулирования возбуждения синхронного генератора / Ф.Л. Коган и др., 1985.
15. Коган Ф.Л. Сильное регулирование возбуждения и стабилизация режимов в многомашинной энергосистеме. – Электрические станции, 2021, № 3, с. 23–29.
16. Климова Г.Г., Николаева О.О. Анализ функционирования автоматических регуляторов возбуждения синхронного генератора с различными сигналами каналов стабилизации частоты. – Электрические станции, 2020, № 7, с. 24–32.
17. Ваккер Н.А., Тонышев А.В. О необходимости своевременной замены либо реконструкции систем возбуждения синхронных генераторов. – Электрические станции, 2015, № 12, с. 62–63.
18. Протокол заседания секции НП «НТС ЕЭС» по теме «Сильное регулирование возбуждения и стабилизация режимов в многомашинных энергосистемах» от 19.02.2022 [Электрон. ресурс], URL: https://www.nts-ees.ru/sites/default/files/protokolot19.03.22.pdf (дата обращения 27.03.2023).
#
1. GОSТ 21558-2018. Sistemy vozbuzhdeniya turbogeneratorov, gidrogeneratorov i sinhronnyh kompensatorov. Obshchie tekhnicheskie usloviya (Excitation Systems for Turbogenerators, Hydrogenerators and Synchronous Compensators. General Specifications). М.: Standartinform, 2019, 19 p.
2. Pravila tekhnicheskoy ekspluatatsii elektricheskih stantsiy i setey Rossiyskoy Federatsii (Utv. prikazom Minenergo Rossii ot 19.06.2003 g. №. 229) (Rules of Technical Operation of Electric Power Stations and Networks of the Russian Federation (Approved by the Order of the Ministry of Energy of the Russian Federation No. 229 dated 06.19.2003)).
3. Prikaz Minenergo Rossii ot 04.10.2022 g. № 1070 «Ob utverzhdenii Pravil tekhnicheskoy ekspluatatsii elektricheskih stantsiy i setey Rossiyskoy Federatsii i vnesenii izmeneniy v prikazy Minenergo Rossii…» (Order of the Ministry of Energy of the Russian Federation No. 1070 dated 04.10.2022 "On Approval of the Rules of Technical Operation of Power Plants and Networks of the Russian Federation and Amendments to the Orders of the Ministry of Energy of the Russian Federation...").
4. RD 34.20.577-77. Metodicheskie ukazaniya po opredeleniyu ustoychivosti energosistem. Ch. 1 (Methodological Guidelines for Determining the Stability of Power Systems. Part 1). М.: SPO Soyuz-tekhenergo, 1979, 184 p.
5. Trebovaniya k obespecheniyu nadezhnosti elektroenergeti-cheskih sistem, nadezhnosti i bezopasnosti ob"ektov elektroenergetiki i energoprinimayushchih ustanovok «Metodicheskie ukazaniya po ustoychivosti energosistem» (Utv. prikazom Minenergo Rossii ot 03.08.2018 g. №. 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 Power Systems" (Approved by the Order of the Ministry of Energy of the Russian Federation dated 03.08.2018 No. 630)).
6. Komkov A.L. et al. Elektricheskie stantsii – in Russ. (Power Plants), 2019, No. 2, pp. 33–36.
7. Stepanov V.M., Karpunin D.А. Izvestiya Tul'skogo gosudarstvennogo universiteta. Tekhnicheskie nauki – in Russ. (Proceedings of Tula State University. Technical Sciences), 2019, No. 11, pp. 27–32.
8. Gurikov O.V. Metodika vybora parametrov nastroyki sistemnyh stabilizatorov mikroprotsessornyh avtomaticheskih regulyatorov vozbuzhdeniya, rabotayushchih v ob"edineniyah slozhnoy struktury: dis. … kand. tekhn. nauk (The Method of Selecting the Settings of the System Stabilizers of Microprocessor-Based Automatic Excitation Regulators Operating in Associations of Complex Structure: diss. ... Cand. Sci. (Eng.)). SPb., 2020, 196 p.
9. Yurganov A.A., Kozhevnikov V.А. Regulirovanie vozbuzhde-niya sinhronnyh generatorov (Regulation of Excitation of Synchronous Generators). SPb.: Nauka, 1996, 138 p.
10. Kogan F.L. Elektricheskie stantsii – in Russ. (Power Plants), 2019, No. 7, pp. 27–35.
11. Yurganov А.А. Elektricheskie stantsii – in Russ. (Power Plants), 2019, No. 7, pp. 36–37.
12. Kogan F.L. Elektricheskie stantsii – in Russ. (Power Plants), 2019, No. 11, pp. 55–60.
13. А.s. SU892640A1. Sposob avtomaticheskogo regulirovaniya vozbuzhdeniya sinhronnogo generatora (Method of Automatic Control of Synchronous Generator Excitation) / F.L. Kogan, 1981.
14. А.s. SU1220102A1. Ustroystvo avtomaticheskogo regulirova-niya vozbuzhdeniya sinhronnogo generatora (Device for Automatic Control of Synchronous Generator Excitation) / F.L. Kogan et al., 1985.
15. Kogan F.L. Elektricheskie stantsii – in Russ. (Power Plants), 2021, No. 3, pp. 23–29.
16. Klimova G.G., Nikolaeva О.О. Elektricheskie stantsii – in Russ. (Power Plants), 2020, No. 7, pp. 24–32.
17. Vakker N.A., Tonyshev A.V. Elektricheskie stantsii – in Russ. (Power Plants), 2015, No. 12, pp. 62–63.
18. Protokol zasedaniya sektsii NP «NTS EES» ot 19.02.2022 (Minutes of the Meeting of the NP "NTS UES" Section dated 02.19.2022) [Electron. resource], URL: https://www.nts-ees.ru/sites/default/files/protokol_ot_19.03.22.pdf (Date of appeal 27.03.2023)
Published
2023-04-10
Issue
Section
Article
