Введение к работе
Актуальность работы. Современный этап развития энергетики СНГ и других высокоразвитых государств характеризуется созданием мощных объединенных энергосистем. Системная автоматика и структура энергообъединений существенно усложняются.
Переходные процессы в динамических объектах такого типа приобретают новые свойства, не имеющие места в системах простой структуры, и представляют собой сложную совокупность движений локального и си-СІСМІЮІО характера. Учасшшлиеся и практике эксплуатации энергосистем (как в нашей сіранс, так и за рубежом) низкочастотные колебания режимных параметров энергосистемы имеют системный характер и отражают свойства крупных энергообъединений.
Низкочастотные колебания связаны с малым затуханием или слабым лемифпромапмем, а иногда могут приводить к нарушению устойчивой работы электростанций. Это существенно ограничивает режимы работы энергосистем и передаваемую мощность.
Стабилизация низкочастотных колебаний и повышение их демпфирования представляют собой сложную задачу в связи с их общесистемным характером и участием большого числа генераторов, что требует привлечения соответственно большого числа автоматических регуляторов возбуждения (АРВ) генераторов.
Таким образом, необходим всесторонний анализ различных спектров колебаний энергосистем большой размерности при достаточно подробном представлении расчетной схемы. Поскольку расчетные исследования простых электрических схем носят ограниченный характер, актуально развитие и применение новых методов, алгоритмов и программ для решения задач статической устойчивости энергосистем большой размерности с подробным учетом основных элементов систем.
Работами в этой области занимается ряд проектных, научно-исследовательских и учебных институтов. Теоретические основы исследования статической устойчивости параллельной работы электростанций были заложены в трудах Лебедева С.А., Жданова П.С., Цукерника Л.В., Ве-никова В.Л., Литкенс И.В., Груздева И.А., Строева В.А., Баринопа В.Л., Совалова С.А., Устинова СМ. и других отечественных и зарубежных ученых.
Целью работы является разработка алгоритмов для исследования динамических свойств электроэнергетических систем (ЭЭС) большой размерности. Под термином "динамические свойства" подразумеваются свойства энергосистем в электромеханических и электромагнитных переходных процессах (0,2+3 Гц) при малых возмущениях, характеризующиеся
коэффициентами затухания и частотами электромеханических колебаний, я также коэффициентами распределения амплитуд на этих частотах.
В соответствии с поставленной целью в работе сформулированы и решены следующие основные задачи:
1. Анализ существующих методов расчета статической устойчивости.
-
Разработка алгоритмов для полной диагностики динамических свойств ЭЭС большой размерности.
-
Разработка эффективного алгоритма экспресс-диагностики динамических свойств ЭЭС большой размерности и ею применение для оптимизации настроечных парами і роп сисісм ашомлі ическої о регулирования.
-
Разработка алгоритма автоматизированного поиска предельных режимов по колебательном и апериодической статической устойчивости при заданном пользователем способе утяжеления.
-
Проведение расчетных исследований с целью анализа динамических спопеш реальных иіергоснсісм СІП ґнші.іиоіі размерное і и и тестирования разработанных алгоритмов.
Методы исследования. Поставленные в работе задачи решались с помощью математического моделирования электроэнергетических систем с применением математического аппарата теории устойчивости, модальной теории, вычислительных методов линейной алгебры, методов решения полной и частичной проблемы собственных значений, методов упаковки разреженных матриц.
Достоверность полученных результатов подтверждается совпадением результатов расчетов тестовых схем, проведением расчетов по различным программам, разработанным в диссертации, и по известным, в том числе промышленным, программам.
Научная новизна работы.
1. Алгоритм полной диагностики динамических свойств ЭЭС облада
ет высокой вычислительной эффективностью благодаря использованию
упаковки разреженных матриц и рациональному формированию матрицы
состояния ЭЭС. При расчете возможно применение различных математи
ческих моделей генераторов и их АРВ, как упрощенных, так и подробных.
2. Алгоритм экспресс-диагностики, разработанный на основе LR-
метода расчета собственных значений и векторов, позволяет рассчитывать
все формы электромеханических колебаний схем ЭЭС благодаря надежной
сходимости итерационного процесса, а также проводить параметрическую
оптимизацию настроечных параметров систем автоматического регулиро
вания. Порядок решаемой системы уравнений при этом не зависит от под
робности математических моделей основных управляемых элементов -
синхронных машин, их АРВ и АРЧВ, синхронных и статических тиристор-ных компенсаторов, вставок и передач постоянного тока.
-
Разработанный алгоритм расчета предельных режимов по статической устойчивости учитывает ограничения, накладываемые на ЭЭС явлениями самораскачивания, т.е. позволяет рассчитывать предел не только но апериодической, но и по колебательной устойчивости.
-
Расчетные исследования реальных энергосистем большой размерности проведены в диссертации при подробном математическом описании генераторов и их АРВ - порядок системы линеаризованных дифференциальных уравнений переходных процессов в нормальной форме достигал 646. Исследования показали ограниченность широко используемого математического описания генераторов дифференциальными уравнениями второго порядка.
Практическая ценность. Все разработанные алгоритмы реализованы в программах, входящих в вычислительный комплекс "ОПТИМ" (МЭИ), служат для исследования статической устойчивости ЭЭС болыиой размерности, обладают высокой вычислительной эффективностью и могут быть использованы научно-исследовательскими и проектными организациями.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на заседании кафедры электроэнергетических систем МЭИ от 24 ноября 1994 года и от 3 июня 1998 года.
По материалам диссертации опубликована I печатная работа.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 114 наименований и двух приложений, изложена на 107 страницах основного текста, иллюстрируется пятью рисунками на пяти страницах.
