Введение к работе
Актуальность темы. Повышение эффективности проектирования и эксплуатации сложных электроэнергетических систем (ЭЭС) связано с необходимостью постоянного развития и совершенствования методов расчета и анализа установившихся и переходных режимов для решения задач управления их функционированием, краткосрочного и долгосрочного планирования. Успешное решение этих задач существенно зависит от эффективности математических моделей ЭЭС и ее элементов, методов исследования и анализа различных режимов.
Созданием математических моделей и методов исследования и анализа сложных ЭЭС заниматись ведущие ученые-электроэнергетики: Веников В.А., Арзамасцев Д.А., Маркович И.М., Совалов С.А., Цукерник Л.В., Ледянкин Д.П., Литкенс И.В., Ботвинник М.М., Строев В.А., Груздев И.А., Щербачев О.В., Портной М.Г., Смолозик СВ., Чебан В.М., Лукашов Э.С., Бушуев В.В., Воропай Н.И., Авраменко В.Н. и другие.
Теоретические и экспериментальные исследования по разработке и созданию моделей проводятся в научно-исследовательских институтах, проектных и эксплуатационных организациях, высших учебных заведениях (ЦЦУ ЕЭС, ВНИИЭ, СЭИ РАН, СибНИИЭ, МЭИ, СПбГТУ, УГГУ-УПИ, ИГЭУ и других).
Существующие модели элементов ЭЭС, методы, алгоритмы и программы (например, МУСТАНГ-92, ИВС ВРК, КОРОНА-93) рассчитаны в основном на решение задач исследования и анализа переходных процессов и не всегда пригодны для решения задач автоматизированного управления режимами систем. Изменение условий хозяйствования, смена стратегических линий в плане развития децентрализованных АСДУ энергосистем и создание вычислительных сетей предъявляют новые требования к точности и эффективности математических моделей элементов ЭЭС для анализа переходных и установившихся режимов. Поэтому дальнейшие исследования и разработки в этом направлении являются актуальными.
Актуальность темы исследований подтверждается государственными целе
выми научно-исследовательскими программами: "Направления и тенденции
развития ЕЭЭС страны и методы управления процессами при их функциониро
ваний", а также научными программами и работами, проводимыми Ивановским
государственным энергетическим университетом по повышению устойчивости и
надежности энергосистем. .->..-
Целью работы является разработка математических моделей, развитие методов и алгоритмов расчета и анализа переходных процессов в сложных ЭЭС с учетом новых условий функционирования энергосистем. Поставленная цель достигается решением следующих задач:
построением математических моделей ЭЭС и ее элементов на основе методов декомпозиционного эквивалентирования;
разработкой метода анализа сложных ЭЭС с декомпозицией до эквивалентных моделей относительно выделенных узлов (в качестве которых могут приниматься отдельные генераторы, электрические станции в целом, узлы комплексной нагрузки, распределительные сети или их элементы);
разработкой методики решения систем алгебраических и дифференциальных уравнений, описывающих переходные процессы в сложных ЭЭС;
программной реализацией разработанных методов и алгоритмов и их практической апробацией.
Основные методы научных исследований. В работе использованы методы теории электрических цепей, электрических машин, вычислительной математики, матричной алгебры, дифференциального и интегрального исчисления, математического моделирования и вычислительные эксперименты на ЭВМ.
Эффективность предлагаемых моделей, алгоритмов и программ подтверждена расчетами на ЭВМ переходных режимов в энергосистемах различной сложности.
Научная новизна работы заключается в следующих основных положениях.
-
Теоретически обоснована возможность и целесообразность использования для исследования переходных процессов в сложных ЭЭС метода декомпозиции на основе применения эквивалентных моделей основных элементов энергосистемы.
-
Разработан метод моделирования электроэнергетических систем, имеющих многоуровневую иерархию, который обеспечивает сокращение времени расчетов переходных процессов при заданной точности решения.
-
Разработаны модели основных элементов энергосистемы (регулируемых синхронных генераторов, электрических станций с несимметричной группой машин, узлов комплексной нагрузки) для реализации метода декомпозиционного эквивалентирования.
-
Разработана методика расчета и анализа переходных процессов в сложных ЭЭС, обеспечивающая получение аналитического решения (в функции времени), что позволяет ускорить процесс принятия решения по управлению системой.
: 5. Разработана методика районирования и эквивалентирования для анализа режимов сложной ЭЭС, основанная на матричных преобразованиях с использованием метода "опорного элемента Чао", что обеспечивает заданную точность, быстродействие и вычислительную устойчивость в широком диапазоне изменения параметров.
Практическая ценность работы. Разработанные методы, модели, алгоритмы и реализующие их программы позволяют проводить оперативные расчеты переходных пронессов в сложных ЭЭС режимов, что обеспечивает возможность управления в соответствии с принятыми критериями.
Внедрение результатов работы. Алгоритмы и программы расчета синхронной динамической устойчивости были использованы в ОАО "Институт Нижегород-скэнергосетьпроект", АО "Нижновэнерго", АО "Ивэнерго", Ивановском государственном энергетическом университете и Нижегородском государственном техническом университете.
Основные соложения, выносимые на защиту.
.1. Метод декомпозиции с использованием эквивалентных моделей основных элементов ЭЭС для анализа переходных процессов в сложных системах.
2. Математические модели основных элементов энергосистемы (регулируемого синхронного генератора, комплексной нагрузки, электрической станции с несимметричной группой генераторов).
-
Методика расчета и анализа синхронной динамической и результирующей устойчивости ЭЭС на основе использования эквивалентных схем "исследуемый генератор - шины эквивалентного напряжения".
-
Методика районирования и эквивалентирования электрической системы, основанная на матричных преобразованиях с использованием метода "опорного элемента Чао".
-
Разработанные алгоритмы и программы для ЭВМ, предназначенные для исследования переходных режимов сложных ЭЭС.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях ИГЭУ (г. Иваново. 1973-1996 гг.), научно-технических конференциях Горьковского отделения ВШИ и НИИ "Энерго-сетыгроект" (г. Горький, 1975-1978 гг.), на VII Всесоюзной конференции "Моделирование электроэнергетических систем" (г. Таллинн, 1977 г.), на семинаре "Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики" (г. Мурманск, 1996 г.), на научно-технических конференциях НГТУ (г. Н. Новгород, 1978-1996 гг.).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликована 21 печатная работа.
Объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения,
изложенных на 131 странице машинописного текста, списка литературы из 157 наименований и 7 приложений.
