Дослідження динамічних режимів роботи тес під час регулювання частоти та активної потужності в енергосистемі

Abstract

The performance of the Interconnected Power System (IPS) of Ukraine during emergency events was analyzed particularly in the events when the nuclear power plant (NPP) becomes disconnected. Mainly, the analysis revealed significant frequency oscillations and excessive control actions that are applied to the regulating equipment of thermal power plant (TPP) units. Those events impose additional mechanical stress on servo drives and the mechanisms of turbine control, thereby resulting in the reduced service life and an increased probability of failure during load frequency control. Current study was carried out using simulation in the DigSilent PowerFactory software with the usage of the comprehensive model of the Ukrainian IPS that incorporates transmission networks, generators, load nodes, and intersystem transmission lines. The participation of a 300 MW TPP unit in normal primary load frequency control (NPLFC) during an emergency shutdown of an NPP unit was examined. It was established that during frequency deviations, alternating fluctuations are observed in the control signal that is applied to the servomotor, which are not accompanied by corresponding changes in turbine power output but cause increased wear of the regulating equipment. In order to reduce the amplitude of these fluctuations, the authors proposed the usage of a first-order Butterworth filter and a moving average filter for smoothing the regulation error signal. Simulation demonstrated that the application of the Butterworth filter reduces the amplitude of the control signal by a factor of 7,8, while the moving average filter reduces it a factor of 1,54 thereby maintaining frequency regulation accuracy within the required standards. Proposed approach minimizes redundant control actions of the TPP unit servomotor, thereby improving the reliability and extending the lifetime of the regulating equipment, while preserving the unit’s maneuverability and compliance with the established frequency and active power control requirements.

Проведений аналіз роботи об’єднаної енергосистеми (ОЕС) України під час аварійних ситуацій, зокрема у випадках вимкнення енергоблока атомної електростанції (АЕС), виявив значні коливання частоти та виникнення надмірних керувальних дій на обладнання регулювання енергоблоків теплових електростанцій (ТЕС).Такі процеси створюють додаткові навантаження на сервоприводи та механізми управління турбіною, що призводить до зменшення терміну їх експлуатації й підвищення ймовірності відмови під час роботи в режимах регулювання частоти та активної потужності. Дослідження проведено на основі моделювання процесів у програмному середовищі DigSilent PowerFactory з використанням комплексної моделі ОЕС України, яка враховує магістральні мережі, генератори, вузли навантаження та міжсистемні лінії зв’язку. Розглянуто участь енергоблоку ТЕС потужністю 300 МВт у нормованому первинному регулюванні частоти (НПРЧ) у разі аварійного відключення енергоблоку АЕС. Встановлено, що зі зміною частоти в межах відхилень спостерігаються знакозмінні коливання сигналу керувального впливу на серводвигун, які не супроводжуються відповідними змінами потужності турбіни, але викликають підвищений знос регулювального обладнання. Для зменшення амплітуди цих коливань запропоновано використати фільтр Баттерворта першого порядку та фільтр рухомого середнього для згладжування сигналу помилки регулювання. Моделювання показало, що застосування фільтра Баттерворта зменшує амплітуду сигналу керування у 7,8 раза, а фільтра рухомого середнього — у 1,54 раза, забезпечуючи збереження точності регулювання частоти в межах нормативних вимог. Запропонований підхід дозволяє зменшити кількість зайвих керувальних дій серводвигуна енергоблоку ТЕС, що сприяє підвищенню надійності та продовженню строку служби регулювального обладнання. Водночас зберігаються необхідні маневрові характеристики енергоблоку та дотримуються встановлені вимоги щодо регулювання частоти і активної потужності.