Selection of asynchronized turbogenerators parameters taking into account the operating mode

Abstract

The purpose of the work is to develop an algorithm for calculating currents in the asynchronized turbogenerator rotor windings when it operates at a power system with a variable load. Typically, synchronous turbogenerators of thermal power plants are used to maintain the balance of active and reactive power in the power system. But they cannot fully ensure the maintenance of balance by switching to non-nominal modes: during periods of power consumption dips, reduce power to 50-70% and switch to under-excitation mode to compensate for reactive power. Therefore, it is promising to install asynchronized turbogenerators at power plants in parallel with synchronous turbogenerators, which remain stable over a wide range of changes in active and reactive power. The work analyzed data from the operation of asynchronous turbogenerators in different countries. The subject of the study was an ASTG-200-2U3 asynchronized turbogenerator with two identical field windings. The goal of the work was achieved by calculating the field windings currents using the finite element method and modeling in the FEMM program when the load magnitude and nature changes. The most important results of the work are the proposed algorithm for calculating the asynchronized turbogenerators field currents depending on the load size and nature in order to maintain the frequency and voltage nominal values. The significance of the results obtained lies in the fact that practical recommendations have been obtained for choosing the asynchronized generator load angle depending on the load size and nature, including in the modes of consumption of reactive energy.

Scopul lucrării este de a elabora un algoritm de calcul al curenților în înfășurările rotorului unui turbogeneratorului asinhron atunci când acesta funcționează la un sistem de alimentare cu sarcină variabilă. În mod obișnuit, turbogeneratoarele sincrone ale centralelor termice sunt utilizate pentru a menține echilibrul puterii active și reactive în sistemul energetic. Dar nu pot asigura pe deplin menținerea echilibrului prin trecerea la moduri non-nominale: în perioadele de scădere a consumului de energie, reduceți puterea la 50-70% și treceți la modul de subexcitare pentru a compensa puterea reactivă. Prin urmare, se promite instalarea turbogeneratoarelor asincrone la centralele electrice în paralel cu turbogeneratoarele sincrone, care rămân stabile pe o gamă largă de modificări ale puterii active și reactive. Lucrarea a analizat date din funcționarea turbogeneratoarelor asincrone în diferite țări. Subiectul studiului a fost un turbogenerator asincron ASTG-200-2U3 cu două înfășurări de câmp identice. Scopul lucrării a fost atins prin calcularea curenților înfășurărilor de câmp folosind metoda elementelor finite și modelarea în programul FEMM atunci când magnitudinea și natura sarcinii se modifică. Cele mai importante rezultate ale lucrării sunt algoritmul propus pentru calcularea curenților de câmp a turbogeneratoarelor asincrone în funcție de mărimea și natura sarcinii pentru a menține valorile nominale de frecvență și tensiune. Semnificația rezultatelor obținute constă în faptul că s-au obținut recomandări practice pentru alegerea unghiului de sarcină a generatorului asincron în funcție de mărimea și natura sarcinii, inclusiv în modurile de consum de energie reactivă.

Целью работы является разработка алгоритма расчета токов в обмотках ротора асинхронизированного турбогенератора при его работе на энергосистему с переменной нагрузкой. Обычно для поддержания баланса активной и реактивной мощности в энергосистеме используются синхронные турбогенераторы тепловых электростанций, которые не могут в полной мере обеспечить поддержание баланса за счет перехода в неноминальные режимы: в период провалов энергопотребления снижать мощность до 50-70% и переходить в режим недовозбуждения для компенсации реактивной мощности. Поэтому перспективно на электростанциях параллельно с синхронными турбогенераторами устанавливать асинхронизированные турбогенераторы, которые сохраняют устойчивость в широком диапазоне изменения активной и реактивной мощности. При проведении работы были проанализированы данные эксплуатации асинхронизированных турбогенераторов на электростанциях разных стран. Как предмет исследования, был рассмотрен асинхронизированный турбогенератор АСТГ-200-2У3 с двумя одинаковыми, автономными, взаимно-перпендикулярными обмотками возбуждения. Поставленная в работе цель достигается расчетом токов в обмотках возбуждения при изменении величины и характера нагрузки с использованием метода конечных элементов и моделирования в программе FEMM. Наиболее важными результатами работы является предложенный алгоритм расчета токов возбуждения асинхронизированных турбогенераторов в зависимости от величины и характера нагрузки с целью поддержания номинальных значений частоты и напряжения. Значимость полученных результатов состоит в том, что получены практические рекомендации по выбору угла нагрузки асинхронизированного генератора в зависимости от величины и характера нагрузки, в том числе в режимах выдачи и глубокого потребления реактивной энергии. Показано, что установка асинхронизированных турбогенераторов параллельно с синхронными турбогенераторами исключает необходимость перевода синхронных турбогенераторов в неноминальные режимы, для которых они не предназначены и которые являются причиной ускоренного износа.