В системах электроснабжения (СЭС) промышленных предприятий могут применяться собственные генераторы, для привода которых могут использоваться двигатели внутреннего сгорания, а также гидравлические и ветровые турбины. Они могут выступать в качестве основных источников питания потребителей, удаленных от сетевой инфраструктуры [1], а также для резервирования электроснабжения объектов, требующих особо надежного обеспечения электроэнергией. Наиболее часто в качестве резервных источников применяются дизельные электростанции.
В условиях цифровизации электроэнергетики особую актуальность приобретают задачи создания компьютерных моделей СЭС, обеспечивающих адекватное определение стационарных и переходных режимов.
В статье представлены результаты исследований, направленных на реализацию компьютерных моделей СЭС с резервными дизельными электростанциями (ДЭС); при этом рассматривались режимы, отличающиеся пониженным качеством электроэнергии. Моделирование осуществлялось в среде Matlab на основе пакетов Simulink и SimPowerSystems. Основная цель исследований состояла в изучении процессов синхронизации генераторов ДЭС с сетью СЭС.
При исследовании переходных процессов ДЭС необходимо учитывать запаздывание, так как поданная в цилиндр дизеля порция топлива, определяет его вращающий момент в течение всего рабочего хода поршня.
Основными элементами ДЭС являются: двигатель внутреннего сгорания (ДВС), синхронный генератор, система возбуждения и регуляторы скорости и напряжения. Отклонение скорости вращения ротора генератора формирует управляющий сигнал, в результате чего изменяется момент ДВС [2]. Двигатель создает крутящий момент, определяемый механическую мощность на валу:
где ω – угловая частота вращения ротора, о.е.;
Te – крутящий момент двигателя, о. е.
Регулятор скорости предназначен для поддержания заданной частоты вращения вала ДВС. Регулятор скорости моделировался следующей передаточной функцией [3, 4]:
где K – коэффициент усиления;