RU2856420C1 - Method for controlling the operation of a turbogenerator by reactive power - Google Patents

Method for controlling the operation of a turbogenerator by reactive power

Info

Publication number
RU2856420C1
RU2856420C1 RU2025117883A RU2025117883A RU2856420C1 RU 2856420 C1 RU2856420 C1 RU 2856420C1 RU 2025117883 A RU2025117883 A RU 2025117883A RU 2025117883 A RU2025117883 A RU 2025117883A RU 2856420 C1 RU2856420 C1 RU 2856420C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
turbogenerator
current
stator
excitation current
voltage
Prior art date
Application number
RU2025117883A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Павел Александрович Курбатов
Екатерина Павловна Курбатова
Павел Андреевич Дергачев
Олег Николаевич Молоканов
Александр Александрович Костенко
Сергей Николаевич Ленёв
Андрей Владимирович Охлопков
Кирилл Сергеевич Никишов
Владислав Дмитриевич Битней
Original Assignee
Публичное акционерное общество энергетики и электрификации "Мосэнерго" (ПАО "Мосэнерго")
Filing date
Publication date
Application filed by Публичное акционерное общество энергетики и электрификации "Мосэнерго" (ПАО "Мосэнерго") filed Critical Публичное акционерное общество энергетики и электрификации "Мосэнерго" (ПАО "Мосэнерго")
Application granted granted Critical
Publication of RU2856420C1 publication Critical patent/RU2856420C1/en

Links

Abstract

FIELD: electric power.
SUBSTANCE: invention relates to the regulation of synchronous generators with electromagnetic excitation operating in parallel with the grid, and can be used in developing control algorithms primarily for turbogenerators. In the method for controlling the operation of a turbogenerator by reactive power, based on determining the parameters of excitation current, stator current and stator voltage, by which the permissible operating modes of the turbogenerator are limited, according to the invention, the set or required operating mode of the turbogenerator before its change is checked on the turbogenerator using adjustment trends built for a specific turbogenerator. Control of the operating mode is carried out by comparing the data of the adjustment trends and the parameters taken from the turbogenerator. Based on the presence of deviation of the current operating mode of the turbogenerator, a conclusion is made about malfunctions in the operation of the turbogenerator or equipment connected to it, and the operation of the turbogenerator is transferred to another permissible mode. Determination of the parameters of excitation current, stator current and stator voltage is carried out using adjustment trends built on the basis of an array of initial data, including combinations of values of stator current Is, excitation current Ie, angle between magnetic axes of rotor and stator d, turbogenerator voltage Ugen, angle between turbogenerator voltage and stator current j. Combinations (Is, Ie, j, q, S, P, Q) of turbogenerator operating modes are formed, on the basis of which a family of dependencies of active P and reactive Q powers on excitation current Ie at various fixed values of apparent power S is built, taking into account limitations by the static stability margin coefficient kSSM and minimum excitation current. At the same time, at a given active power Pgiven and corresponding values of excitation current Ie and reactive power Q, a limitation is imposed by the static stability margin coefficient kSSM, where kSSM і0.2, kssm =1-sin q. Permissible operating modes of the turbogenerator are determined by reactive power.
EFFECT: reduction in the complexity of implementing the method.
1 cl, 4 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеField of technology to which the invention relates

Изобретение относится к области электроэнергетики, а именно к регулированию синхронных генераторов с электромагнитным возбуждением, работающих параллельно с сетью, и может быть использовано при разработке алгоритмов управления преимущественно для турбогенераторов.The invention relates to the field of electric power engineering, namely to the regulation of synchronous generators with electromagnetic excitation operating in parallel with the grid, and can be used in the development of control algorithms primarily for turbogenerators.

Уровень техникиState of the art

Известен способ управления трехфазным синхронным генератором (патент RU №2758996, публ. 08.11.2021, МПК Н02Р 9/14), согласно которому формируют управляющий сигнал на изменение тока возбуждения на основании данных о напряжении генератора и с использованием измеренных значений тока якоря. Ток возбуждения генератора повышают на величину, пропорциональную отношению среднего значения тока генератора к максимальному фазному напряжению генератора. При регулировании ограничивается максимальное напряжение генератора.A known method for controlling a three-phase synchronous generator (RU patent No. 2758996, published November 8, 2021, IPC No. H02P 9/14) involves generating a control signal to change the excitation current based on generator voltage data and measured armature current values. The generator excitation current is increased by an amount proportional to the ratio of the average generator current to the maximum phase voltage of the generator. During regulation, the maximum generator voltage is limited.

Недостатком данного технического решения является потенциальное снижение ресурса генератора из-за отсутствия данных по допустимому диапазону регулирования тока возбуждения в длительных режимах работы.The disadvantage of this technical solution is the potential reduction in the generator's service life due to the lack of data on the permissible range of excitation current regulation in long-term operating modes.

Известен способ ограничения минимального уровня возбуждения синхронных электрических машин (авт.св. SU №156213, публ. 21.08.1963, МПК Н02Р 9/10, H02J 3/24), в котором, по соображениям статической устойчивости, предлагается устанавливать минимальное значение тока возбуждения в зависимости от активного тока статора, благодаря чему в некоторых режимах расширяется допустимый диапазон регулирования тока возбуждения.A method is known for limiting the minimum excitation level of synchronous electric machines (Author's note SU No. 156213, published 21.08.1963, IPC H02P 9/10, H02J 3/24), in which, for reasons of static stability, it is proposed to set the minimum excitation current value depending on the active stator current, due to which, in some modes, the permissible range of excitation current regulation is expanded.

Недостатками данного способа являются низкая точность определения диапазона регулирования тока возбуждения, а также уменьшение надежности турбогенератора ввиду нагрева крайних пакетов статора при малых токах возбуждения.The disadvantages of this method are the low accuracy of determining the excitation current control range, as well as a decrease in the reliability of the turbogenerator due to the heating of the outer stator packages at low excitation currents.

Известен способ моделирования располагаемой реактивной мощности турбогенератора (авт.св. SU №1381649, публ. 15.03.1988, МПК H02J 3/18). В изобретении предлагается методика расчета режима синхронной электрической машины на базе модели с сосредоточенными параметрами с учетом насыщения магнитопроводов. Сущность предлагаемого подхода состоит в том, что измеренный ток статора разлагают на фактические активный и реактивный токи. Последний увеличивают до желаемого по реактивной мощности значения и суммируют с фактическим активным током, получая при этом моделируемый полный ток статора. Моделируемый ток ротора получают путем умножения тока намагничивания, соответствующего внутренней ЭДС на отношение ЭДС поперечной оси к внутренней ЭДС. Моделируемый ток ротора и моделируемый полный ток статора сравнивают с соответствующими допустимыми значениями, при этом указанное увеличение моделируемого реактивного тока осуществляют до достижения либо моделируемым полным током статора, либо моделируемым током ротора допустимого значения. При достижении указанными токами допустимого значения фиксируют значение моделируемого реактивного тока статора. Располагаемую реактивную мощность определяют в результате умножения фиксированного значения моделируемого реактивного тока статора на напряжение статора.A method for modeling the available reactive power of a turbogenerator is known (Author's Certificate SU No. 1381649, published March 15, 1988, IPC H02J 3/18). The invention proposes a method for calculating the operating mode of a synchronous electric machine based on a lumped-parameter model, taking into account the saturation of magnetic circuits. The essence of the proposed approach consists of decomposing the measured stator current into actual active and reactive currents. The latter is increased to the desired value for reactive power and summed with the actual active current, thereby obtaining the simulated total stator current. The simulated rotor current is obtained by multiplying the magnetizing current corresponding to the internal EMF by the ratio of the transverse axis EMF to the internal EMF. The simulated rotor current and the simulated total stator current are compared with the corresponding permissible values, with the specified increase in the simulated reactive current being carried out until either the simulated total stator current or the simulated rotor current reaches the permissible value. When these currents reach the permissible value, the simulated stator reactive current is recorded. The available reactive power is determined by multiplying the fixed value of the simulated stator reactive current by the stator voltage.

Недостатками настоящего технического решения являются низкая точность, а также снижение надежности и ресурса генератора из-за отсутствия обоснований ограничения по минимальному току возбуждения.The disadvantages of this technical solution are low accuracy, as well as a decrease in the reliability and service life of the generator due to the lack of justification for the limitation on the minimum excitation current.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ определения допустимых режимов работы гидрогенератора для конкретного оборудования (Ilic, I., et al., Methodology for Determining the Actual PQ Diagram…, Energija, vol. 56(2007), №2, стр 144-181), основанный на определении параметров тока возбуждения, тока статора и напряжения статора, по которым ограничивают допустимые режимы работы турбогенератора. В нем используют дополнительные измерения при испытаниях в режимах XX, КЗ и нагрузки, на основе которых определяют ограничения по допустимым режимам. В основе ограничений лежит нагрев обмотки статора, ротора и стали. Для получения данных проводят специальные испытания, а также устанавливают дополнительные датчики для контроля температуры и магнитного поля. При этом допустимые режимы определяют, учитывая электромагнитное и тепловое состояние в торцевой зоне. Причем уточнение данных о допустимых режимах работы проводят периодически, поскольку на них влияет техническое состояние генератора, в том числе срок эксплуатации. По факту изменений между результатами измерений делают вывод о наличии и развитии повреждений.The closest in technical essence to the proposed invention is a method for determining the permissible operating modes of a hydrogenerator for specific equipment (Ilic, I., et al., Methodology for Determining the Actual PQ Diagram…, Energija, vol. 56(2007), No. 2, pp. 144-181), based on determining the parameters of the excitation current, stator current and stator voltage, which limit the permissible operating modes of the turbogenerator. It uses additional measurements during tests in the XX, short-circuit and load modes, based on which the limitations on the permissible modes are determined. The limitations are based on the heating of the stator winding, rotor and steel. To obtain data, special tests are carried out, and additional sensors are installed to monitor the temperature and magnetic field. In this case, the permissible modes are determined taking into account the electromagnetic and thermal state in the end zone. Moreover, the clarification of the data on the permissible operating modes is carried out periodically, since they are affected by the technical condition of the generator, including its service life. Based on the changes between the measurement results, a conclusion is made about the presence and development of damage.

Недостатком настоящего технического решения является техническая сложность реализации вследствие необходимости проведения трудоемких натурных экспериментов.The disadvantage of this technical solution is the technical complexity of implementation due to the need to conduct labor-intensive field experiments.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention

Технической задачей предлагаемого изобретения является уменьшение времени и ресурсов, необходимых для определения допустимой зоны регулирования при управлении работой турбогенератора.The technical objective of the proposed invention is to reduce the time and resources required to determine the permissible control zone when controlling the operation of a turbogenerator.

Технический результат заключается в снижении сложности реализации способа.The technical result consists in reducing the complexity of implementing the method.

Это достигается тем, что в известном способе управления работой турбогенератора по реактивной мощности, основанном на определении параметров тока возбуждения, тока статора и напряжения статора, по которым ограничивают допустимые режимы работы турбогенератора, согласно изобретению заданный или требуемый режим работы турбогенератора перед его изменением на турбогенераторе проверяют с помощью регулировочных трендов, построенных для конкретного турбогенератора, контроль режима работы осуществляют сравнением данных регулировочных трендов и параметров, снимаемых с турбогенератора, по наличию отклонения текущего режима работы турбогенератора делают вывод о неисправностях в работе турбогенератора или соединенного с ним оборудования, переводят работу турбогенератора в другой допустимый режим, при этом определение параметров тока возбуждения, тока статора и напряжения статора осуществляют с помощью регулировочных трендов, построенных на основе массива исходных данных, включающего комбинации значений тока статора Ic, тока возбуждения Iв, угла между магнитными осями ротора и статора δ, напряжения турбогенератора Uген, угла между напряжением турбогенератора и током статора ϕ, при этом для каждого значения тока статора Ic строят семейство зависимостей напряжения генератора Uг от тока возбуждения Iв и угла δ, и при заданном напряжении турбогенератора определяют возможные сочетания Iв и δ, формируя тем самым все теоретически возможные комбинации (Ic, Iв, δ), для каждого значения тока статора Ic строят семейства зависимостей угла ϕ от тока возбуждения Iв и угла δ, и для каждой из теоретически возможных комбинаций (Ic, Iв, δ) определяют значения угла ϕ, по которым рассчитывают угол нагрузки θ по формуле θ = δ - ϕ - 90°, далее рассчитывают значения полной S, активной Р и реактивной Q мощностей по формулам Р = S ⋅ cos ϕ, Q = S ⋅ sin ϕ, формируя тем самым все теоретически возможные комбинации (Ic, Iв, ϕ, θ, S, Р, Q) режимов работы турбогенератора, на основе которых строят семейство зависимостей активной Р и реактивной Q мощностей от тока возбуждения Iв при различных фиксированных значениях полной мощности S с учетом ограничений по kСЗУ и минимальному току возбуждения, затем на срез данных при заданной активной мощности Рзад и соответствующим ей значениям тока возбуждения Iв и реактивной мощности Q накладывают ограничение по коэффициенту запаса статической устойчивости kЗСУ, где kЗСУ ≥ 0,2, kЗСУ = 1 - sin θ, допустимые режимы работы турбогенератора определяют по реактивной мощности.This is achieved by the fact that in the known method of controlling the operation of a turbogenerator based on reactive power, based on determining the parameters of the excitation current, stator current and stator voltage, which limit the permissible operating modes of the turbogenerator, according to the invention, the specified or required operating mode of the turbogenerator before changing it on the turbogenerator is checked using control trends constructed for a specific turbogenerator, the operating mode is monitored by comparing the data of the control trends and the parameters taken from the turbogenerator, based on the presence of a deviation in the current operating mode of the turbogenerator, a conclusion is made about malfunctions in the operation of the turbogenerator or equipment connected to it, the operation of the turbogenerator is transferred to another permissible mode, while the parameters of the excitation current, stator current and stator voltage are determined using control trends constructed on the basis of an array of initial data, including combinations of the values of the stator current I c , excitation current I в , the angle between the magnetic axes of the rotor and stator δ, the voltage of the turbogenerator U gen , the angle between the voltage turbogenerator and stator current ϕ, and for each value of stator current I c , a family of dependencies of generator voltage U g on excitation current I v and angle δ is constructed, and for a given turbogenerator voltage, possible combinations of I v and δ are determined, thereby forming all theoretically possible combinations (I c , I v , δ), for each value of stator current I c , families of dependencies of angle ϕ on excitation current I v and angle δ are constructed, and for each of the theoretically possible combinations (I c , I v , δ) the values of angle ϕ are determined, from which the load angle θ is calculated using the formula θ = δ - ϕ - 90°, then the values of total S, active P and reactive Q powers are calculated using the formulas P = S ⋅ cos ϕ, Q = S ⋅ sin ϕ, thereby forming all theoretically possible combinations (I c , I in , ϕ, θ, S, P, Q) of the operating modes of the turbogenerator, on the basis of which a family of dependencies of the active P and reactive Q powers on the excitation current I in is constructed at various fixed values of the apparent power S, taking into account the restrictions on k SZU and the minimum excitation current, then a restriction on the static stability reserve factor k ZSU is imposed on the data cut at a given active power P zad and the corresponding values of the excitation current I in and the reactive power Q, where k ZSU ≥ 0.2, k ZSU = 1 - sin θ, the permissible operating modes of the turbogenerator are determined by the reactive power.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлено семейство зависимостей напряжения генератора Uген от тока возбуждения Iв при различных углах δ между магнитными осями ротора и статора, на фиг. 2 изображено семейство зависимостей угла между током и напряжением ϕ генератора от тока возбуждения Iв при различных углах δ между магнитными осями ротора и статора, на фиг. 3 показана зависимость активной Р и реактивной Q мощностей от тока возбуждения Iв при заданном напряжении Uг = Uзад, на фиг. 4 представлены регулировочные тренды для турбогенератора.The essence of the invention is explained by the drawings, where Fig. 1 shows a family of dependencies of the generator voltage U gen on the excitation current I in at different angles δ between the magnetic axes of the rotor and stator, Fig. 2 shows a family of dependencies of the angle between the current and voltage ϕ of the generator on the excitation current I in at different angles δ between the magnetic axes of the rotor and stator, Fig. 3 shows the dependence of the active P and reactive Q powers on the excitation current I in at a given voltage U g = U zad , Fig. 4 shows the control trends for the turbogenerator.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Способ управления работой турбогенератора по реактивной мощности осуществляют следующим образом.The method for controlling the operation of a turbogenerator based on reactive power is carried out as follows.

Определяют параметры тока возбуждения, тока статора и напряжения статора, по которым ограничивают допустимые режимы работы турбогенератора, заданный или требуемый режим работы турбогенератора перед его изменением на турбогенераторе проверяют с помощью регулировочных трендов, построенных для конкретного турбогенератора, контроль режима работы осуществляют сравнением данных регулировочных трендов и параметров, снимаемых с турбогенератора, по наличию отклонения текущего режима работы турбогенератора делают вывод о неисправностях в работе турбогенератора или соединенного с ним оборудования, переводят работу турбогенератора в другой допустимый режим. При переключении режима предварительная оценка позволяет определить безопасность перехода в новый режим.The excitation current, stator current, and stator voltage parameters that limit the permissible operating modes of the turbogenerator are determined. The specified or required operating mode of the turbogenerator is verified before changing it using control trends constructed for the specific turbogenerator. The operating mode is monitored by comparing control trend data with parameters read from the turbogenerator. Based on the presence of deviations in the current operating mode of the turbogenerator, a conclusion is drawn about malfunctions in the turbogenerator or equipment connected to it, and the turbogenerator is switched to another permissible operating mode. When switching modes, a preliminary assessment allows for determining the safety of the transition to the new mode.

Регулировочно тренды строят индивидуально для каждого турбогенератора, в том числе с учетом особенностей вводимых дополнительных ограничений, которые могут быть вызваны техническим состояние турбогенератора или ограничениями, связанными с работой турбины.Regulatory trends are built individually for each turbogenerator, including taking into account the specifics of the introduced additional restrictions, which may be caused by the technical condition of the turbogenerator or restrictions associated with the operation of the turbine.

Полную трехмерную модель электромагнитного поля активной части турбогенератора строят, например, при помощи программного обеспечения промышленного компьютера, используя численный анализ трехмерных электромагнитных полей с учетом лобовых частей. Задают значения тока статора Ic, тока возбуждения Iв, угла между магнитными осями ротора и статора δ в следующих диапазонах: Ic - от нуля до номинального значения; тока возбуждения Iв - от номинального значения до 20% от номинального; δ - в пределах θ÷180 электрических градусов. Рассчитывают напряжение генератора Uген и угол ϕ между напряжением генератора Uген и током статора Ic.A complete three-dimensional model of the electromagnetic field of the active part of a turbogenerator is constructed, for example, using industrial computer software, employing a numerical analysis of three-dimensional electromagnetic fields taking into account the end parts. The values of the stator current I c , the excitation current I в , and the angle between the magnetic axes of the rotor and stator δ are specified in the following ranges: I c - from zero to the nominal value; the excitation current I в - from the nominal value to 20% of the nominal; δ - within the range of θ ÷ 180 electrical degrees. The generator voltage U gen and the angle ϕ between the generator voltage U gen and the stator current I c are calculated.

Полученные комбинации значений (Ic, Iв, δ, Uген, ϕ) представляют собой массив исходных данных, уникальный для каждой модели генератора и являются основой для построения регулировочных трендов.The obtained combinations of values (I c , I in , δ, U gen , ϕ) represent an array of initial data, unique for each generator model and are the basis for constructing adjustment trends.

Используя массив исходных данных, определяют возможные режимы работы генератора при заданном напряжении сети Uген = Uном ± 5%. Для каждого из возможных значений тока статора Ic = Ic1 строят семейства зависимостей напряжения генератора Uг от тока возбуждения Iв и угла δ между магнитными осями ротора и статора - Uген(Iв, δ).Using the array of initial data, the possible operating modes of the generator are determined for a given network voltage U gen = U nom ± 5%. For each of the possible values of the stator current I c = I c1 , families of dependencies of the generator voltage U g on the excitation current I v and the angle δ between the magnetic axes of the rotor and stator are constructed - U gen (I v , δ).

Далее делают срез данных при заданном напряжении генератора Uген = Uзад и определяют возможные сочетания Iв и δ при заданных условиях (фиг. 1).Next, a data cut is made for a given generator voltage U gen = U da and the possible combinations of I in and δ under the given conditions are determined (Fig. 1).

Таким образом, формируют все теоретически возможные комбинации (Ic, Iв, δ) при Uген = Uзад, представляющие собой параметры режимов работы генератора при заданном напряжении.Thus, all theoretically possible combinations (I c , I in , δ) are formed at U gen = U zad , which represent the parameters of the generator operating modes at a given voltage.

Аналогично на основе массива исходных данных для каждого значения тока статора Ic строят семейства зависимостей угла ϕ от тока возбуждения Iв и угла δ - ϕ( Iв, δ) (фиг. 2).Similarly, based on the array of initial data for each value of the stator current I c , families of dependencies of the angle ϕ on the excitation current I in and the angle δ - ϕ( I in , δ) are constructed (Fig. 2).

Из построенных зависимостей для каждой из найденных комбинаций (Ic, Iв, δ), определяют угол ϕ.From the constructed dependencies for each of the found combinations (I c , I in , δ), the angle ϕ is determined.

Используя найденные значения угла ϕ для каждой из найденных комбинаций (Ic, Iв, δ), рассчитывают угол нагрузки θUsing the found values of the angle ϕ for each of the found combinations (I c , I in , δ), the load angle θ is calculated

Полученные данные о параметрах режимов работы генератора (Ic, Iв, δ, ϕ, θ) при заданном напряжении Uген = Uзад дополняют значениями полной S, активной Р и реактивной Q мощностей:The obtained data on the parameters of the generator operating modes (I c , I in , δ, ϕ, θ) at a given voltage U gen = U zad are supplemented by the values of the total S, active P and reactive Q powers:

Таким образом, формируют все теоретически возможные комбинации (Ic, Iв, ϕ, θ, S, Р, Q) при Uген = Uзад, - массив данных о возможных режимах работы турбогенератора.Thus, all theoretically possible combinations (I c , I in , ϕ, θ, S, P, Q) are formed at U gen = U zad , - an array of data on the possible operating modes of the turbogenerator.

Используя массив данных о возможных режимах работы турбогенератора, строят зависимости активной Р и реактивной Q мощностей от тока возбуждения Iв при заданном напряжении Uг = Uзад при различных условиях, например, изменение реактивной мощности Q при постоянной активной мощности Р. Для этого строят семейство зависимостей активной Р и реактивной Q мощностей от тока возбуждения Iв при различных фиксированных значениях полной мощности S с учетом ограничений по kЗСУ и минимальному току возбуждения (фиг. 3). Затем делают срез данных при заданной активной мощности Рзад и определяют соответствующие значения тока возбуждения Iв и реактивной мощности Q.Using a data set on the possible operating modes of a turbogenerator, the dependences of the active P and reactive Q powers on the excitation current Iv are constructed at a given voltage Ug = Uzad under various conditions, for example, a change in the reactive power Q at a constant active power P. For this purpose, a family of dependences of the active P and reactive Q powers on the excitation current Iv is constructed at various fixed values of the apparent power S, taking into account the constraints on k ZSU and the minimum excitation current (Fig. 3). Then, a data slice is made for a given active power Pzad and the corresponding values of the excitation current Iv and the reactive power Q are determined.

На основании полученных данных строят регулировочные тренды для турбогенератора при поддержании постоянной активной и изменении реактивной мощностей при заданном напряжении Uг = Uзад (фиг. 4).Based on the obtained data, control trends are constructed for the turbogenerator while maintaining constant active power and changing reactive power at a given voltage U g = U zad (Fig. 4).

Затем на регулировочные тренды накладывают ограничение по коэффициенту запаса статической устойчивостиThen, a limitation is imposed on the adjustment trends based on the static stability safety factor

И определяют допустимые режимы работы турбогенератора по реактивной мощности.And they determine the permissible operating modes of the turbogenerator based on reactive power.

Полученные характеристики применяют для управления и контроля режимов работы турбогенератора путем установки соответствующих значений тока возбуждения при отсутствии изменения момента турбины, то есть в следующих случаях:The obtained characteristics are used to control and monitor the operating modes of the turbogenerator by setting the corresponding excitation current values in the absence of a change in the turbine torque, that is, in the following cases:

- при установке требуемого режима работы по потреблению или выработке реактивной мощности (без изменения активной мощности);- when setting the required operating mode for consumption or generation of reactive power (without changing active power);

- при варьировании реактивной мощности для поддержания постоянного напряжения.- when varying reactive power to maintain constant voltage.

Преимуществами данного технического решения является увеличение точности расчета за счет использования данных трехмерного численного моделирования электромагнитного поля турбогенератора с учетом нелинейных свойств материалов и выраженного насыщения стали статора и ротора и эффектов в торцевых зонах, а также увеличение удобства для практического использования.The advantages of this technical solution include increased calculation accuracy due to the use of data from three-dimensional numerical modeling of the electromagnetic field of a turbogenerator, taking into account the nonlinear properties of materials and the pronounced saturation of the stator and rotor steel and effects in the end zones, as well as increased convenience for practical use.

Использование регулировочных трендов позволяет более точно определить допустимость режимы работы турбогенератора с учетом особенностей конкретного оборудования.The use of control trends allows for a more accurate determination of the permissibility of the turbogenerator operating modes, taking into account the characteristics of specific equipment.

Использование изобретения позволяет управлять работой турбогенератора, предварительно оценивая необходимый режим при регулировании реактивной мощностью, а также формулировать рекомендации по установке режимов работы турбогенератора в виде рассчитанных на основе анализа электромагнитного поля регулировочных трендов, представляющих собой зависимости активной и реактивной мощностей от тока возбуждения при заданном напряжении генератора или заданном напряжении в установленном сечении сети, полученных расчетным методом (а не натурно, как в способе-прототипе), что позволяет увеличить надежность работы генератора и точно определять запас по реактивной мощности в заданном режиме работы турбогенератора.The use of the invention makes it possible to control the operation of a turbogenerator by preliminarily assessing the required mode when regulating reactive power, and also to formulate recommendations for setting the operating modes of a turbogenerator in the form of control trends calculated on the basis of an electromagnetic field analysis, which represent the dependences of active and reactive power on the excitation current at a given generator voltage or a given voltage in an established network cross-section, obtained by a calculation method (and not in kind, as in the prototype method), which makes it possible to increase the reliability of the generator and accurately determine the reactive power reserve in a given operating mode of the turbogenerator.

Использование изобретения позволяет уменьшить затраты времени и ресурсов, необходимых для определения допустимой зоны регулирования при управления работой турбогенератора за счет определения допустимых режимов на основе предварительно рассчитанных с использованием численного моделирования электромагнитных полей регулировочных трендов, снизив тем самым сложность реализации способа.The use of the invention makes it possible to reduce the time and resource costs required to determine the permissible control zone when controlling the operation of a turbogenerator by determining the permissible modes based on control trends pre-calculated using numerical modeling of electromagnetic fields, thereby reducing the complexity of implementing the method.

Claims (1)

Способ управления работой турбогенератора по реактивной мощности, основанный на определении параметров тока возбуждения, тока статора и напряжения статора, по которым ограничивают допустимые режимы работы турбогенератора, отличающийся тем, что заданный или требуемый режим работы турбогенератора перед его изменением на турбогенераторе проверяют с помощью регулировочных трендов, построенных для конкретного турбогенератора, контроль режима работы осуществляют сравнением данных регулировочных трендов и параметров, снимаемых с турбогенератора, по наличию отклонения текущего режима работы турбогенератора делают вывод о неисправностях в работе турбогенератора или соединенного с ним оборудования, переводят работу турбогенератора в другой допустимый режим, при этом определение параметров тока возбуждения, тока статора и напряжения статора осуществляют с помощью регулировочных трендов, построенных на основе массива исходных данных, включающего комбинации значений тока статора Ic, тока возбуждения Iв, угла между магнитными осями ротора и статора δ, напряжения турбогенератора Uген, угла между напряжением турбогенератора и током статора ϕ, при этом для каждого значения тока статора Ic строят семейство зависимостей напряжения генератора Uг от тока возбуждения Iв и угла δ, и при заданном напряжении турбогенератора определяют возможные сочетания Iв и δ, формируя тем самым все теоретически возможные комбинации (Ic, Iв, δ), для каждого значения тока статора Iс строят семейства зависимостей угла ϕ от тока возбуждения Iв и угла δ, и для каждой из теоретически возможных комбинаций (Ic, Iв, δ) определяют значения угла ϕ, по которым рассчитывают угол нагрузки θ по формуле θ = δ - ϕ - 90°, далее рассчитывают значения полной S, активной Р и реактивной Q мощностей по формулам Р = S ⋅ cos ϕ, Q = S ⋅ sin ϕ, формируя тем самым все теоретически возможные комбинации (Ic, Iв, ϕ, θ, S, Р, Q) режимов работы турбогенератора, на основе которых строят семейство зависимостей активной Р и реактивной Q мощностей от тока возбуждения Iв при различных фиксированных значениях полной мощности S с учетом ограничений по kЗСУ и минимальному току возбуждения, затем на срез данных при заданной активной мощности Рзад и соответствующих ей значениях тока возбуждения Iв и реактивной мощности Q накладывают ограничение по коэффициенту запаса статической устойчивости kЗСУ, где kЗСУ ≥ 0,2, kЗСУ = 1 - sin θ, допустимые режимы работы турбогенератора определяют по реактивной мощности.A method for controlling the operation of a turbogenerator based on reactive power, based on determining the parameters of the excitation current, stator current and stator voltage, which limit the permissible operating modes of the turbogenerator, characterized in that the specified or required operating mode of the turbogenerator before changing it on the turbogenerator is checked using control trends constructed for a specific turbogenerator, the operating mode is monitored by comparing the data of the control trends and the parameters taken from the turbogenerator, based on the presence of a deviation in the current operating mode of the turbogenerator, a conclusion is made about malfunctions in the operation of the turbogenerator or equipment connected to it, the operation of the turbogenerator is transferred to another permissible mode, wherein the parameters of the excitation current, stator current and stator voltage are determined using control trends constructed on the basis of an array of initial data, including combinations of the values of the stator current I c , excitation current I в , the angle between the magnetic axes of the rotor and stator δ, the voltage of the turbogenerator U gen , the angle between the voltage of the turbogenerator and the current stator ϕ, and for each value of the stator current I c , a family of dependencies of the generator voltage U g on the excitation current I v and the angle δ is constructed, and for a given voltage of the turbogenerator, possible combinations of I v and δ are determined, thereby forming all theoretically possible combinations (I c , I v , δ), for each value of the stator current I c , a family of dependencies of the angle ϕ on the excitation current I v and the angle δ are constructed, and for each of the theoretically possible combinations (I c , I v , δ), the values of the angle ϕ are determined, from which the load angle θ is calculated using the formula θ = δ - ϕ - 90°, then the values of the total S, active P and reactive Q powers are calculated using the formulas P = S ⋅ cos ϕ, Q = S ⋅ sin ϕ, thereby forming all theoretically possible combinations (I c , I in , ϕ, θ, S, P, Q) of the operating modes of the turbogenerator, on the basis of which a family of dependencies of the active P and reactive Q powers on the excitation current I in is constructed at various fixed values of the apparent power S, taking into account the restrictions on k ZSU and the minimum excitation current, then a restriction on the static stability reserve factor k ZSU is imposed on the data cut at a given active power P zad and the corresponding values of the excitation current I in and the reactive power Q, where k ZSU ≥ 0.2, k ZSU = 1 - sin θ, the permissible operating modes of the turbogenerator are determined by the reactive power.
RU2025117883A 2025-06-27 Method for controlling the operation of a turbogenerator by reactive power RU2856420C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2856420C1 true RU2856420C1 (en) 2026-02-24

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU156213A1 (en) *
SU1381649A1 (en) * 1985-10-22 1988-03-15 Томский политехнический институт им.С.М.Кирова Method of simulating available reactive power of turbine-driven generator
US6281601B1 (en) * 1999-07-23 2001-08-28 Capstone Turbine Corporation Turbogenerator power control system and method
RU2758996C1 (en) * 2020-12-29 2021-11-08 Публичное акционерное общество "ОДК - Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") Method for controlling three-phase synchronous generator

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU156213A1 (en) *
SU1381649A1 (en) * 1985-10-22 1988-03-15 Томский политехнический институт им.С.М.Кирова Method of simulating available reactive power of turbine-driven generator
US6281601B1 (en) * 1999-07-23 2001-08-28 Capstone Turbine Corporation Turbogenerator power control system and method
RU2758996C1 (en) * 2020-12-29 2021-11-08 Публичное акционерное общество "ОДК - Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") Method for controlling three-phase synchronous generator

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Ilic, I., et al., Methodology for Determining the Actual PQ Diagram, Energija, vol. 56 (2007), N2, стр. 144-181. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Rudez et al. Analysis of underfrequency load shedding using a frequency gradient
Yeager et al. Modeling of emergency diesel generators in an 800 megawatt nuclear power plant
RU2323512C2 (en) Electrical machine
Moghaddam et al. Design optimization of transversely laminated synchronous reluctance machine for flywheel energy storage system using response surface methodology
Faiz et al. Time stepping finite element analysis of broken bars fault in a three-phase squirrel-cage induction motor
BR112012020991B1 (en) SYSTEM AND METHOD FOR DETERMINING A BEARING STATUS OF A BEARING IN AN ELECTRICAL MACHINE
RU2856420C1 (en) Method for controlling the operation of a turbogenerator by reactive power
Kamel et al. A generalized voltage stability indicator based on the tangential angles of PV and load curves considering voltage dependent load models
Hammons et al. Stressing of turbine-generator-exciter shafts by variable-frequency currents superimposed on DC currents in asynchronous HVDC links and following disturbances at converter stations
Gnaciński et al. Lowered voltage quality and load‐carrying capacity of induction motors
CN108879709B (en) A Field Measurement Method for Reactive Current Compensation Rate of Generator Excitation System
Woldu et al. A new method for prediction of static and dynamic voltage collapse using node parameters in large power networks
Jimoh Thermal effects of stray load losses in induction machines
Znidarich Upgrading and uprating of hydro generators: An australian perspective
Rassõlkin et al. Adjusted electrical equivalent circuit model of induction motor with broken rotor bars
Diab Robust simultaneous estimation of stator and rotor resistances and rotor speed for predictive maintenance of sensorless induction motor drives
DOBRA et al. EXTRAPOLATION COMPUTATIONAL VIRTUAL SYSTEM BASED ON LABVIEW FOR SQUIRREL CAGE THREE-PHASE ASYNCHRONOUS MOTOR TESTING
Balabanov et al. Finite element method synchronous generator modeling for on-line state diagnosctic
Babu Finite-element analysis of an induction motor with inter-turn short-circuit faults
Ilic et al. User PQ diagram as a tool in reactive power trade
Patel et al. Dynamic psychoanalysis of DC separately excited machine on laboratory visualization
Kurbatova et al. Digital Twin of a Turbogenerator Based on Approximated Data of Numerical Modelling
Le Roux et al. Static and Dynamic Simulation of an Induction Motor Using Matlab/Simulink. Energies 2022, 15, 3564
Gollapudi Center of Inertia Based Frequency Control for Multi-Machine Power Systems Using PID Controller
Brown et al. Determination of the maximum cyclic rating of high-voltage power transformers