PREVENTIVE PROTECTION OF AUTONOMOUS ELECTRIC POWER SYSTEMS FROM GENERATORS REVERSE POWER

Development of approaches that ensure the safe operation of an Autonomous electric power system in abnormal modes associated with the failure of its elements during operation is considered in the paper. Special attention is paid to the processes that occur in the network when one of the generator units switches to the motor mode of operation. The problem of timely shutdown of an inoperable machine at the moment of its complete unloading in order to prevent overloading of the reverse power of the remaining primary engines in the operable state is formulated. The relevance of this problem for Autonomous electric power systems is proved. It is shown that the use of time delay when generating a signal to disable a failed unit operating with reverse power can not only contribute to the development of a primary engine defect, but also lead to voltage disappearance in the Autonomous electric power system. This circumstance leads to the possibility of an emergency situation that can lead to an accident at the diagnostic facility with the most severe consequences. In this paper, the problem of timely disconnection of the faulty machine at a time when its load is zero in order to prevent overloading the reverse power of the remaining primary engines in the working state is formulated. The analysis of the performance area constructed in the space of power values developed by generator units operating in parallel is performed. The necessity of blocking the process of diagnosing power sources in the mode of switching on parallel operation of one of the generators or in the case of failure of automation means of the Autonomous power system is justified. Based on the study results, an original diagnostic feature that allows identifying the inoperable state of the generator unit during operation is proposed. Its use for the purposes of precautionary control makes it possible to turn off the automatic switch on before the generator switches to the motor mode, prevents overload of the network of the Autonomous electric power system with reverse power and reduces the probability of further development of the failed machine defect. A mathematical description of this diagnostic feature and a method for determining the numerical value of the controlled parameters forming it are proposed. Based on the obtained research results, a new algorithm for precautionary control has been developed; it provides preventive protection of the network from the reverse power of the generator. The advantages of the proposed approach over existing methods for managing the Autonomous electric power system in emergency situations are demonstrated.

Autonomous electric power system, reverse power, warning control, diagnostic sign, overload of generator sets, preventive protection

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.