ПРЕВЕНТИВНАЯ ЗАЩИТА АВТОНОМНЫХ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ОТ ОБРАТНОЙ МОЩНОСТИ ГЕНЕРАТОРОВ

Статья посвящена разработке подходов, обеспечивающих безопасную работу автономной электроэнергетической системы в нештатных режимах, связанных с отказом ее элементов в процессе эксплуатации. Особое внимание уделено процессам, происходящим в сети при переходе одного из генераторов в двигательный режим работы. Обоснована актуальность рассматриваемой проблемы для автономных электроэнергетических систем. Показано, что применение выдержки времени при формировании сигнала на отключение вышедшего из строя агрегата, работающего с обратной мощностью, может не только способствовать развитию дефекта первичного двигателя, но и привести к исчезновению напряжения в автономной электроэнергетической системе. Данное обстоятельство обусловливает возможность возникновения аварийной ситуации, способной привести к аварии на объекте диагностирования с самыми тяжелыми последствиями. В работе сформулирована задача своевременного отключения неисправной машины в момент, когда ее нагрузка равна нулю, с целью предотвращения перегрузки обратной мощностью оставшихся в работоспособном состоянии первичных двигателей. Выполнен анализ области работоспособности системы, построенной в пространстве значений мощностей, развиваемых генераторными агрегатами, работающими параллельно. Обоснована необходимость в блокировании процесса диагностирования источников электроэнергии в режиме включения на параллельную работу одного из генераторов или в случае выхода из строя средств автоматизации автономной электроэнергетической системы. По результатам проведенного исследования предложен оригинальный диагностический признак, позволяющий идентифицировать неработоспособное состояние генераторного агрегата в процессе функционирования. Отмечается, что использование диагностического признака в целях предупредительного управления делает возможным отключение автоматического выключателя накануне перехода генератора в двигательный режим, обеспечивает предотвращение перегрузки сети автономной электростанции обратной мощностью и уменьшает вероятность дальнейшего развития дефекта отказавшей машины. Предложено математическое описание данного диагностического признака и методика определения численного значения формирующих его контролируемых параметров. На основе полученных результатов исследований разработан новый алгоритм предупредительного управления, обеспечивающий превентивную защиту сети от обратной мощности генератора. Продемонстрированы преимущества предложенного подхода перед существующими способами управления автономной электроэнергетической системой в нештатных ситуациях.

автономная электроэнергетическая система, обратная мощность, предупредительное управление, диагностический признак, перегрузка генераторных агрегатов, превентивная защита

1. Абрамович Б. Н. Эффективность распределенной энергетики в условиях минерально-сырьевого комплекса / Б. Н. Абрамович [и др.] // Промышленная энергетика. - 2019. - № 5. - С. 8-16.

2. Бычков Е. В. Обеспечение устойчивой работы автономных энергосистем в газовой промышленности / Е. В. Бычков, П. А. Захаров // Автоматизация и IT в нефтегазовой промышленности. - 2019. - № 3 (37). - С. 30-40.

3. Козярук А. Е. Анализ развития технических средств освоения нефтегазовых месторождений / А. Е. Козярук, Б. Ю. Васильев, А. И. Ивановский // Морской вестник. - 2017. - № 2 (62). - С. 115-119.

4. Архипова О. В. Принципы оптимизации электроснабжения населенных пунктов Крайнего Севера на базе ветродизельных комплексов / О. В. Архипова // Вестник Югорского государственного университета. - 2015. - № S2 (37). - С. 204-206.

5. Бончук И. А. Обеспечение генерирующего резерва в энергосистеме и на объектах морской индустрии Калининградской области / И. А. Бончук [и др.] // Морские интеллектуальные технологии. - 2019. - № 4-4 (46). - С. 62-67.

6. Kim S. H. Estimation of ship operational efficiency from AIS data using big date technology / S. H. Kim, M. I. Roh, M. J. Oh, S. W. Park, I. I. Kim // International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering. - 2020. - Vol. 12. - Pp. 440-454. DOI: 10.1016/j.ijnaoe.2020.03.007.

7. Saushev A. V. System approach to ensure performance of marine and coastal electrical systems during operation / A. V. Saushev, S. E. Kuznetsov, A. B. Karakayev // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. - 2018. - Vol. 194. - Is. 8. DOI: 10.1088/1755-1315/194/8/082037.

8. Abbasian N.S. Improving early OSV design robustness by applying ‘Multivariate Big Data Analytics’ on a ship’s life cycle / N. S. Abbasian [et al] // Journal of Industrial Information Integration. - 2018. - Vol. 10. - Pp. 29-38. DOI: 10.1016/j.jii.2018.02.002.

9. Dileep G. A survey on smart grid technologies and applications / G. Dileep // Renewable Energy. - 2020. - Vol. 146. - Pp. 2589-2625. DOI: 10.1016/j.renene.2019.08.092.

10. Paul S. A review of smart technology (Smart Grid) and features / S. Paul, M. S. Rabbany, R. K. Kundu, S. M. R. Zaman // 2014 1st International Conference on Non Conventional Energy (ICONCE 2014). - IEEE, 2014. - Pp. 200-203.

11. Al Rammal Z. Optimal PMU placement for reverse power detection / Z. Al Rammal [et al] // 2018 4th International Conference on Renewable Energies for Developing Countries (REDEC). - IEEE, 2018. - Pp. 1-5. DOI: 10.1109/REDEC.2018.8597975.

12. Mishra R. Development and implementation of control of stand-alone PMSG-based distributed energy system with variation in input and output parameters / R. Mishra [et al] // IET Electric Power Applications. - 2019. - Vol. 13. - Is. 10. - Pp. 1497-1506. DOI: 10.1049/jet-epa.2018.5882.

13. Булатов Ю. Н. Интеллектуальные системы управления установками распределенной генерации / Ю. Н. Булатов // Вестник Иркутского государственного технического университета. - 2017. - Т. 21. - № 10 (129). - С. 78-94. DOI: 10.21285/1814-3520-2017-10-78-94.

14. Yaghobi H. Fast predictive technique for revers power detection in synchronous generator / H. Yaghobi // IET Electric Power Applications. - 2018. - Vol. 12. - Is. 4. - Pp. 508-517. DOI: 10.1049/iet-epa.2017.0491.

15. Samami M. Novel fast and secure approach for revers power protection in synchronous generators / M. Samami, M. N. Azary // IET Electric Power Applications. - 2019. - Vol. 13. - Is. 12. - Pp. 2128-2138. DOI: 10.1049/iet-epa.2018.5961.

16. Широков Н. В. Предупредительное управление судовой электроэнергетической системой при отказе источников электроэнергии / Н. В. Широков // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. - 2019. - Т. 11. - № 2. - С. 396-405. DOI: 10.21821/2309-5180-2019-11-2-396-405.

17. Портнягин Н. Н. Исследование виртуальных моделей защиты генератора от обратной мощности в судовой электроэнергетической системе / Н. Н. Портнягин, С. Ю. Труднев // Вестник Камчатского государственного технического университета. - 2011. - № 18. - С. 32-35.

18. Саушев А. В. Диагностирование состояния электротехнических систем в пространстве параметров их элементов / А. В. Саушев, Н. В. Широков // Вестник государственного университета морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова. - 2016. - № 2 (36). - С. 143-156. DOI: 10.21821/2309-5180-2016-8-2-143-156.

19. Широков Н. В. Метод исключения омонимичных областей в предупредительном управлении электротехнической системой / Н. В. Широков // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. - 2020. - Т. 12. - № 2. - С. 390-401. DOI: 10.21821/2309-5180-2020-12-2-390-401.

20. Пат. 2686103 Российская Федерация, МПК H02H 3/08, H02H 7/085. Способ определения неработоспособного генераторного агрегата / Н. В. Широков; заяв. и патентообл. ГУМРФ им. адм. С. О. Макарова. - № 2018125823; заявл. 12.07.2018; опубл. 24.04.2019, Бюл. № 12. - 9 c.

21. Пат. 2653361 Российская Федерация, МПК H02H 3/46, H02J 3/14. Способ автоматической разгрузки электроэнергетической системы с параллельно работающими генераторными агрегатами / Н. В. Широков; заяв. и патентообл. ООО «Форпик Стандарт Сервис». - № 2017124539; заявл. 10.07.2017; опубл. 08.05.2018, Бюл. № 13. - 15 c.