Автореферат (Обоснование выбора математических моделей газотурбинных и парогазовых установок для расчетов переходных процессов в электроэнергетической системе)

На правах рукописиБахмисов Олег ВладимировичОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙГАЗОТУРБИННЫХ И ПАРОГАЗОВЫХ УСТАНОВОКДЛЯ РАСЧЁТОВ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕСпециальность 05.14.02 – Электрические станции иэлектроэнергетические системыАвторефератдиссертации на соискание учёной степеникандидата технических наукМосква – 20182Работа вь1полнена на кафеА!е <<3лектроэнергетические системьш федеральногогосударственного бтодя<етного образовательного учре}кденияобразования <<Ёациональнь1й исследовательс кий}{аунньпйуниверситет(мэи).вьтс1шегоруководитель: (узнецов Флег Биколаевичкандидат технических наук, доцентзав.\\|!|кафедрьт <3лектроэнергетическиесистемь1)ФгБоу во (ниу (мэи>0фициальнь!е€ацукоппоненть!:доктор технических наук, профессор,0,вгений [1вановичначальник слухсбьт внедрения противоаварийнойи ре)кимной автомытики'Ао (со вэс)[узлукова [катерина Балерьевнакандидат технических наук,зав.

Ёштл устойнивости управления рех(имамиэнергосистем АФ <йнститут <<3нергосетьпроект)Бедугцая органи3ация:Федеральное государственное автономное образовательное учре2кдение вь!с[пего образования <<€анкт-[1етербургский политехническийуниверситет [1етра Беликого>>3ащита диссертации состоится 29 итоня 20|8 г. в 16 часов 00 минут на заоеда-нии дисоертационного совета д 2\2.|57.0з при Ф[Боуадресу: |1.|250, г.

йоскв&,!|.!(расноказарменная,во (ниуд'17, корпус€ диссертацией моя{но ознакомиться в библиотеке Ф[БФу вона сайт е\^/"\м\м.[,<<й314>>поауА. г-200.(ниу<}и131,Б и1пре|.гц.Автореферат ра3ослан(-)мая}ченьтй секретарь диссертационд2|2.|57.0з к.т.н.'.{ииина Ф.Б.3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работы.Развитие энергетического оборудования и видоизменения его составаставит задачи поиска новых технических способов и средств обеспеченияустойчивости, улучшения качества переходных процессов электроэнергетической системе (ЭЭС). Решение этих задач осложняется ухудшением влияющихна устойчивость системы характеристик новых видов первичных двигателей,таких как одновальные газовые турбины (ГТ) большой мощности, по сравнению с агрегатами других типов.Введение рыночных условий в электроэнергетической отрасли привело кзначимым изменениям в политике генерирующих компаний, как в России, так иза рубежом.

Активное строительство газовой генерации является сложившейсямировой тенденцией, более половины вновь сооружаемых энергетическихмощностей в России используют газотурбинные установки (ГТУ) и парогазовые установки (ПГУ), а в некоторых странах эта величина достигла 90%. Строительство ГТУ ведется, в том числе для поддержания устойчивой работы ЭЭСпри увеличении доли возобновляемых источников энергии, которые характеризуются непостоянным характером выработки.С ростом доли ГТУ и ПГУ в составе генерирующих мощностей влияниехарактеристик этих агрегатов на переходные процессы в ЭЭС будет все болеезначительным.

Внедрение газотурбинных и парогазовых технологий существующими темпами требует точного отражения особенностей работы данныхустановок в составе ЕЭС, разработки подходов к обоснованному учету характеристик ГТУ и ПГУ при моделировании различных, в том числе аварийных ситуаций в ЭЭС.Степень разработанности темы исследования.Вопрос разработки математических моделей ГТУ и ПГУ и исследованиеих характеристик в переходных процессах привлекает внимание российских изарубежных исследователей, научных организаций CIGRE (Международныйсовет по большим электрическим системам), IEEE (Институт инженеров поэлектротехнике и радиоэлектронике). Специальная техническая брошюраCIGRE посвящена вопросам моделирования газовых и паровых турбин в составе ПГУ.

Рабочей группой IEEE опубликованы статьи по вопросам моделирования первичных двигателей, в том числе газовых турбин и ПГУ. ИсследованияОАО «ВТИ» и НИУ «МЭИ» подтверждают, что освоение ПГУ требуют углубленного изучения тепловых процессов и характеристик этого нового оборудования ТЭС. Работы, выполненные в Пермском государственном техническомуниверситете и ОАО «Авиадвигатель», говорят о целесообразности учета характеристик ЭЭС с целью выбора настроек регуляторов и проведения испытаний на реальном оборудовании.

Исследования ОАО «НТЦ ЕЭС» показывают,что некорректное моделирование ГТ, входящих в состав ГТУ, может приводитьк значительной погрешности в оценке динамической устойчивости.Объект исследования: газотурбинные и парогазовые установки.4Предмет исследования: математические модели и характеристики газотурбинных и парогазовых установок для исследования переходных процессовв электроэнергетических системах.Цель исследования состоит в обосновании и выборе математическихмоделей газотурбинных и парогазовых установок, выявлении и корректном отражении характеристик установок, значимых для исследования переходныхпроцессов в электроэнергетических системах.Задачи исследования, решенные для достижения поставленной цели: выявление значимых для моделирования характеристик ГТУ и ПГУ; определение необходимых при моделировании ГТУ и ПГУ параметров порезультатам анализа конфигурации ГТУ и ПГУ, переходных процессов вЭЭС и натурных экспериментов.

При этом появляется возможность обоснованного выбора модели при решении тех или иных задач исследованияпереходных процессов энергосистем с ГТУ и ПГУ; разработка моделей ГТУ и ПГУ для моделирования процессов в электрической части системы; исследование динамических характеристик ГТУ и ПГУ в различных схемно-режимных ситуациях; исследование режимных особенностей ЭЭС при увеличении доли ГТУ иПГУ в составе генерации.Методология и методы диссертационного исследования.Для решения вышеперечисленных задач были использованы математические численные методы решения систем дифференциальных уравнений, основные положения теории подобия и моделирования.Расчеты и моделирование проводились с помощью программновычислительного комплекса (ПВК) DIgSILENT PowerFactory, программных иаппаратных средств компании National Instruments, ПВК Matlab.Достоверность полученных результатов обусловлена тем, что расчетыпереходных процессов в ЭЭС проводились с помощью апробированных методов и программных комплексов; при моделировании основного оборудованияэлектрических сетей используются общепринятые допущения; реализованные впроцессе работы модели и алгоритмы управления созданы с использованиемхарактеристик реального оборудования, в том числе установленного в ЕЭСРоссии.Научная новизна результатов диссертационной работы:1.

Реализованы математические модели ГТУ и ПГУ, позволяющие учитывать динамические характеристики изменения мощности агрегатов, влияние отклонения частоты в энергосистеме, а также ограничения при работена частичных нагрузках и особенности регулирования турбин при больших возмущениях в ЭЭС и быстрых изменениях режима работы.2. Разработан алгоритм выбора и режимной адаптации модели ГТУ/ПГУ взависимости от задачи исследования и объема располагаемых исходныхданных.53.

Приведена оценка влияния характерных свойств ГТУ и ПГУ на переходные процессы в ЭЭС.Основные положения, выносимые на защиту:1. Уточнение математической модели ГТ как элемента ЭЭС.2. Разработанный алгоритм выбора модели ГТУ/ПГУ в зависимости от задачи исследования.3. Дополнительные критерии оценки надежности работы электрическихстанций на базе ГТ.4. Результаты оценки влияния ГТУ и ПГУ на электромеханические переходные процессы и качество регулирования частоты в ЭЭС.Личный вклад соискателя.Проанализировано влияние применяемых моделей ГТУ и ПГУ на ход переходных процессов в ЭЭС, разработан алгоритм выбора вида и уровня детализации моделей ГТУ и ПГУ в зависимости от задачи исследования, проведенаоценка влияния ГТУ и ПГУ на возможности регулирования частоты и электромеханические переходные процессы электроэнергетической системы.Теоретическая и практическая значимость результатов работы.Проведенные исследования позволили создать необходимую методологическую базу для реализации цифровых моделей ГТУ/ПГУ и их применения всоставе моделей ЭЭС.