Методи та засоби підвищення ефективності вторинного регулювання частоти та потужності в енергосистемі із залученням енергоблоків теплових електричних станцій
Вантажиться...
Дата
2026
Автори
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
КПІ ім. Ігоря Сікорського
Анотація
Гулий В.С. Методи та засоби підвищення ефективності вторинного регулювання частоти та потужності в енергосистемі із залученням енергоблоків теплових електричних станцій. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.14.02 – електричні станції, мережі і системи (141 Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка). – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» Міністерства освіти і науки України, Київ, 2026.
Дисертаційна робота присвячена вирішенню актуальної науково-практичної проблеми підвищення ефективності вторинного регулювання частоти та потужності в енергосистемі шляхом залучення енергоблоків ТЕС до вторинного регулювання частоти з врахуванням особливості роботи котельного обладнання, що має важливе значення для ОЕС України при регулюванні частоти та потужності. У першому розділі проведено аналіз стану та основних напрямків розвитку САРЧП та підходів до регулювання частоти в енергосистемі. Встановлено, що значне збільшення в ОЕС України встановленої потужності ВДЕ призводить до зменшення загальної інерції енергосистеми та зниження ефективності регулювання частоти, а об’єднання ОЕС України з енергосистемою країн західної Європи вимагає дотримання жорстких вимог до регулювання частоти та активної потужності. Виконано аналіз вимог до первинного та вторинного регулювання частоти в енергосистемах різних країн світу у тому числі в Україні. Відзначено, що в ОЕС України існує дефіцит резервів вторинного регулювання частоти та потужності. Водночас ряд енергоблоків ТЕС пройшли глибоку модернізацію. Це підвищило їх маневрові характеристики та дозволяє залучати їх до вторинного регулювання частоти, що дозволить вирішити проблему наявного дефіциту регулюючої потужності, задовольнити чинні вимоги та підвищити ефективність вторинного регулювання частоти та потужності в ЕЕС. Аналіз досліджень пов’язаних із регулюванням потужності ТЕС показав наявність ділянки спаду вихідної потужності енергоблоку станції при надходженні керівного впливу на збільшення вихідної потужності, що обумовлено особливістю роботи котельного обладнання ТЕС. Отримані нові властивості свідчать про необхідність підвищення ефективності вторинного регулювання частоти в ЕЕС шляхом розробки підходу до вторинного регулювання частоти, що дозволяє враховувати особливість роботи котельного обладнання ТЕС при їх залученні до вторинного регулювання частоти. У другому розділі було розроблено моделі САРЧП та ЕЕС. Зокрема, розроблено модель енергоблока ТЕС для дослідження процесів вторинного регулювання частоти та потужності з урахуванням особливості роботи котельного обладнання. Її верифікація за результатами експериментальних випробувань підтвердила високу точність і дала можливість подальших досліджень впливу котельного обладнання ТЕС на ефективність регулювання частоти в ЕЕС. Розроблено модель САРЧП, яка забезпечує залучення енергоблоків ТЕС та гідроагрегатів ГЕС до вторинного регулювання частоти і складається із системного і станційного рівнів та підтримує усі режими роботи САРЧП у повній мірі. У роботі була розроблена динамічна модель енергосистеми у програмному забезпеченні PowerFactory, яка включає 621 вузлів, 279 синхронні генератори у складі ТЕС та ГЕС, 350 ліній електропередач напругою 750-220 кВ, 376 трансформаторів, 200 вузлів навантаження. Модель містить міжсистемні лінії з сусідньою енергосистемою і функціонує в режимі паралельної роботи. Вторинне регулювання частоти здійснює САРЧП. Проведена верифікація розробленої моделі на основі реальних даних існуючої системи моніторингу перехідних процесів, підтвердила її відповідність. У третьому розділі наведено аналіз результатів проведеного дослідження участі ТЕС у вторинному регулюванні частоти та потужності з урахуванням особливості роботи котельного обладнання на спрощеній двозонній моделі енергосистеми. Встановлено, що застосування ПІ-регулятора в САРЧП призводить до зростання часу перехідного процесу та величини перерегулювання, що знижує ефективність регулювання частоти в ЕЕС. Отримані властивості САРЧП та ЕЕС вказують на необхідність підвищення якості вторинного регулювання з урахуванням роботи котельного обладнання ТЕС. Було розроблено адаптивний регулятор на основі нечіткої логіки, застосування якого дозволило знизити перерегулювання на 22% та скоротити час регулювання на 14%. Водночас цей підхід до регулювання частоти в ЕЕС не враховує обмеження перетоків потужності у контрольованих перетинах. Для вирішення цієї задачі запропоновано використання методу управління на основі прогнозуючих моделей (УПМ), який враховує обмеження на резерви потужності, швидкість реагування та перетоки контрольованих перетинів. Метод використовує математичну модель об’єкта для прогнозування поведінки системи в майбутньому та оптимізації керуючих дій з врахуванням обмежень. У четвертому розділі розроблено регулятор з використанням запропонованого підходу в ПЗ PowerFactory. Для реалізації швидкої взаємодії ПЗ PowerFactory та Matlab було використано прямий програмний інтерфейс ПЗ PowerFactory для завантаження спеціальних скомпільованих бібліотек, що містять конкретний набір функцій із заданим переліком вхідних та вихідних параметрів. Для експорту моделі регулятора УПМ з MATLAB було зкомпільовано модель MATLAB у зовнішню бібліотеку. Даний підхід дозволив суттєво зменшити час розрахунку і моделювання. У роботі виконано дослідження ефективності регулювання частоти та потужності з використанням запропонованого підходу, яке проводилось на динамі- чній моделі ЕЕС. Аналіз результатів дослідження підтвердив зниження ефективності регулювання частоти та потужності в ЕЕС при врахуванні особливості роботи котельного обладнання і застосуванні ПІ-регулятора в САРЧП: час регулювання збільшився на 17%, а перерегулювання – на 3%. Застосування розробленого регулятора на основі методу УПМ дозволило зменшити час регулювання на 42% та скоротивши максимальне перевантаження в одному з контрольованих перетинів на 56% у порівнянні з ПІ-регулятором. Проведений аналіз виконаних досліджень дозволяє підтвердити ефективність застосування запропонованого підходу при залученні енергоблоків ТЕС до вторинного регулювання частоти та потужності в ЕЕС. Сформовано рекомендації по підвищенню ефективності роботи САРЧП з врахуванням особливості роботи котельного обладнання ТЕС при їх залученні до процесів регулювання частоти та потужності в ЕЕС. Практична цінність роботи полягає у розвитку підходу до регулювання частоти та потужності в ЕЕС з врахуванням особливості роботи котельного обладнання енергоблоків. Застосування запропонованого підходу забезпечує підвищення ефективності регулювання частоти та потужності при паралельній та ізольованій роботі енергосистеми. Результати проведених досліджень дозволили сформувати вимоги до САРЧП та залучити ТЕС до вторинного регулювання з прийнятними характеристиками. Окремі результати дослідженні відображено у звітах науково-дослідних робіт за темами: «Наукові засади, підходи і методи зменшення впливу низькочастотних коливань потужності на режими роботи Об’єднаної енергетичної системи» (№ ДР 0114U002532, 2014-2016 рр.), «Дослідження дії первинного регулювання та демпфірування низькочастотних коливань потужності ОЕС України» (договір № 469 від 2015 р., замовник ДП НЕК «Укренерго» № ДР - 469, 2015- 2018 рр.), «Методи та засоби оптимального керування гідроагрегатами ГЕС, енергоблоками ТЕС та ВДЕ при зміні частоти та перетоків потужності в Об’єднаній енергосистемі» (№ ДР 0117U004260, 2017-2019 рр). Результати роботи впроваджено в учбовий процес у Національному технічному університеті України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» при викладанні дисциплін: «Теорія автоматичного керування», «Автоматичне управління в енергосистемах» та при виконанні кваліфікаційних та науково-дослідних робіт магістрантів кафедри автоматизації енергосистем факультету електроенерготехніки та автоматики.
Опис
Ключові слова
регулювання частоти та потужності, обмеження перетоку потужності, метод прогнозуючих моделей, котельне обладнання, теплова електрична станція, оптимальне керування, система автоматичного регулювання частоти та потужності, енергосистема, load frequency control, power flow constraints, model predictive control, boiler equipment, thermal power plant, optimal control, automatic generation control, power system
Бібліографічний опис
Гулий, В. С. Методи та засоби підвищення ефективності вторинного регулювання частоти та потужності в енергосистемі із залученням енергоблоків теплових електричних станцій : дис. … канд. техн. наук : 05.14.02 Електричні станції, мережі і системи / Гулий Володимир Сергійович. - Київ, 2026. - 185 с.