Stany przejściowe i analiza możliwości poprawy stabilności kątowej zakładowej sieci elektroenergetycznej pracującej autonomicznie

W artykule analizowano sieć elektroenergetyczną (SE) średniego napięcia zakładu przemysłowego, obejmującego kilka hal produkcyjnych z zainstalowanymi silnikami indukcyjnymi. W sieci tej zainstalowane są dwie kogeneracyjne zespoły wytwórcze: z generatorem asynchronicznym i synchronicznym. Badano zachowanie się SE zakładu m.in. w następujących stanach przejściowych: skokowe zmiany obciążenia sieci oraz awaryjne przejście sieci zakładowej do pracy autonomicznej. Takie stany przejściowe mogą zagrozić utratą stabilności kątowej układu. Z uwagi na brak wiarygodnych danych w obliczaniach uwzględniono niepewność parametrów modeli matematycznych elementów SE zakładu. Na podstawie przeprowadzonych analiz stwierdzono, że w pewnych stanach przejściowych SE zakładu może wystąpić pojawienie się niegasnących kołysań elektromechanicznych, skutkujących awaryjnym wyłączeniem zespołów wytwórczych, a w konsekwencji utratą zasilania zakładu. W celu ograniczenia niekorzystnych zjawisk zaproponowano zastosowanie układów stabilizacyjnych zainstalowanych w układzie regulacji mocy turbiny oraz w układzie wzbudzenia generatora synchronicznego. Przeprowadzono optymalizację nastawień obu proponowanych stabilizatorów przy uwzględnieniu stanu przejściowego wywołanego awaryjnym wyłączeniem zespołu asynchronicz-nego. Do optymalizacji parametrów stabilizatorów zastosowano algorytm genetyczny. Na podstawie przeprowadzonych badań symulacyjnych stwierdzono, że istnieje możliwość prowadzenia ruchu SE zakładu umożliwiającego pracę autonomiczną sieci z wykorzystaniem wszystkich zainstalowanych źródeł wytwórczych.

In the paper, there is analyzed a medium voltage power network of an industrial plant consisting of several production halls with installed induction motors. Two cogeneration generating units, with an asynchronous and synchronous generator, are installed in this network. There was investigated the behavior of the industrial plant power network in the following transient states: step changes in the network load and emergency change of the plant network operation to autonomous mode. Such transient states may result in the loss of the power system angular stability. Due to the lack of reliable data, the uncertainty of the mathematical model parameters of the plant power network elements was taken into account in calculations. Based on the analyses performed, it was stated that nondecaying electromechanical swings followed by emergency disconnection of generating units and, in consequence, the loss of the plant supply could occur in some transient states of the plant power network. To prevent such a situation, there was proposed the use of stabilizers installed in the turbine governor and the synchronous generator excitation system. The optimization of the settings of both proposed stabilizers when taking into account the transient state caused by the emergency disconnection of the asynchronous unit was performed. A genetic algorithm was used for the parameter optimization of the stabilizers. Based on the simulation investigations made, one can state that there is the possibility of continuous operation of a plant power network enabling the autonomous operation mode of this network with the use of all installed generating units.