Генераторы электроэнергии и анализ синхронизации

Генераторы электроэнергии и анализ синхронизации

Специалисты Токийского технологического института (Tokyo Tech) и Университета штата Северная Каролина исследовали основополагающие принципы достижения синхронизации силовых генераторных групп энергетических сетей. Синхронизация генераторов необходима для стабильного снабжения электроэнергией. Основываясь на результатах исследования, специалисты  разработали метод построения агрегированной модели силовой сети. При помощи новой методики стал возможным эффективный анализ и контроль поведения групп генераторов (включая углы фазы ротора и напряжения точек подключения) сложных энергосистем.

Явление синхронизации генераторных групп

Известно, что явление синхронизации генераторных групп, например, нескольких тепловых электростанций, тесно связано с устойчивой подачей электроэнергии. В частности, если генератор не синхронизирован, нарушается стабильность работы.

Такое состояние генерации тока, включая соседние работающие генераторы, не просто утрачивает стабильность, но в худшем случае способно привести к серьезным авариям с полным отключением электроэнергии от потребителей.

Кроме того, энергетические проблемы, вызванные потеплением климата и снижением добычи ископаемого топлива, вызывают серьёзную озабоченность в глобальном масштабе.

Поэтому, с точки зрения сокращения выбросов двуокиси углерода, а также систематического использования генераторной энергии, всё больше надежд возлагается на возобновляемые источники энергии, подобные типичным устройствам фотовольтаической (PV) генерации.

Между тем, если вводится крупномасштабное оборудование для генерации PV и хранения энергии в дополнение к существующим производствам электроэнергии:

  • тепловому,
  • гидравлическому,
  • ядерному,

остаётся актуальной необходимость учитывать заряд мощности и разряд генерируемой PV, чтобы сохранить равновесие между спросом и предложением.

Однако величина мощности генерации PV нестабильна, поскольку существует неопределенность, связанная с изменчивостью погоды и объёма солнечного излучения по часовым поясам.

Эти факторы затрудняют получение синхронизации групп генераторов. Поэтому естественной и актуальной становится потребность анализа синхронизации.

Генераторы и японский анализ синхронизации

Поведение генераторов, связанных сетью энергосистемы, представлено сложными математическими уравнениями, объединяющими дифференциальные уравнения и алгебраические уравнения.

Дифференциальные уравнения выражают «поведение генераторов», вытекающих из второго закона движения Ньютона. Алгебраические уравнения, в свою очередь, выражают «баланс мощности в точках подключения электросети», полученный из законов Ома и Кирхгофа.

Анализ этих дифференциальных алгебраических уравнений обычно выполнялся путем преобразования в математически эквивалентное дифференциальное упрощённое уравнение, именуемое «сокращением Крона» (по имени автора Габриэля Крона).

Однако существующий подход к анализу методом «сокращения Крона» не подходит для чёткого анализа взаимосвязи между сетевой структурой энергосистемы и поведением генератора.

Чтобы решить эту проблему, японцы проанализировали сетевую структуру энергосистемы. Анализ провели в алгебраических уравнениях относительно симметрии, основанной на понимании теории графов.

Анализируя поведение генератора без исключения алгебраических уравнений, японские специалисты обнаружили интересный момент. Как выяснилось, симметрия силовой решетки является основным принципом реализации синхронизации групп генераторов.

Кроме того, на основе новой идеи одновременной интеграции групп генераторов, показывающих синхронное поведение, стало возможным математически и физически построить приемлемую агрегированную модель.

Ожидается, что достижение японских учёных послужит основой разработки методов анализа и контроля. Методов, способных обеспечить стабильность энергоснабжения крупных и сложных электроэнергетических систем.


Источник для темы: Tokyo Institute of Technology


Добавить комментарий

Внимание: Спам не пройдёт. Работает фильтрация комментариев. *