Источник: IEEE Power Engineering Society
http://www.ieee.org/organizations/pes/public/2005/sep/pestechtorial.html
Мощность системы анализа переходных процессов обычно выполняется с помощью пакетов компьютерного моделирования, таких как электромагнитные программы переходных процессов (ЭППП). Возможности моделирования с использованием переходных сетевых анализаторов (ПСА) по-прежнему используются, но все менее, так как модели компьютерного моделирования стали значительно более точными и эффективными в последнее десятилетие. В ряде приложений моделирования, компьютерное моделирование на самом деле гораздо более точное, чем ПСА. Существует также семейство инструментов, основанных на компьютерных симуляциях в режиме реального времени, которые обычно используются для тестирования реальных элементов системы управления или устройства, таких как реле. Хотя есть несколько общих связей, это "Techtorial" статья предназначена только не для моделирования в режиме реального времени.Инженеры и исследователи, которые выполняют моделирование переходных процессов обычно тратят лишь небольшое количество от общего проектного времени на саму разработку модели. Основная часть их времени уходит на получение параметров компонентов моделей, тестирование компонентов моделей для подтверждения надлежащего поведения, построения общей модели системы и тестирования общей модели системы для проверки общего поведения.
Только после того как компоненты модели и общее представление системы были проверены, можно уверенно приступить к выполнению значимого моделирования. Это итеративный процесс. Если есть некоторые временные записи событий для сравнения, могут потребоваться дополнительные модели тестирования и регулировки.
Эта статья посвящена определению параметров и направлена на рассмотрение процедур, которые должны выполняться для получения математического представления данных из наиболее важных компонентов мощности в электромагнитных переходных процессах моделирования. Она представляет собой удобно организованную сводку о нынешнем состоянии и практике в этой области, и подчеркивает необходимость улучшений для облегчения и увеличения точности моделирования задач подробного анализа переходных процессов.
Рисунок 1 – Блок–схема процедуры, предлагаемые для получения полного представления энергетической составляющей.
Обратите внимание, что процедура изображена на рисунке 1 предполагает, что значения параметров должны быть указаны в некоторых математических описаниях и не всегда легко доступны. Кроме того, они должны быть выведены из другой информации, используя процедуры преобразования данных.
Точное представление об энергетической составляющей необходимо для достоверного анализа переходных процессов. Моделирование переходных процессов может потребовать представление сетевых компонентов подходящих для диапазона частот, который варьируется от постоянного тока до нескольких мегагерц. Хотя конечной целью исследования является предоставление широкополосной модели, приемлемое представление каждого компонента на протяжении всего этого диапазона частот очень сложно, а для большинства компонентов практически не возможно. В некоторых случаях, даже если широкополосная версия доступна, она может страдать от вычислительной неэффективности или требовать более сложных данных.
Моделирование силовых элементов, которое учитывает частотную зависимость параметров может быть достигнуто в настоящее время с помощью математических моделей, достаточно точных для определенного диапазона частот. Каждый диапазон частот, как правило, соответствует некоторой особенности переходного процесса. В одной из наиболее распространенных классификаций, предложенных Международной электротехнической комиссии (МЭК) и СИГРЭ, частотные диапазоны делятся на четыре группы: низкочастотные колебания (от 0,1 Гц – 3 кГц), медленный фронт скачков (с 50/60 Гц – 20 кГц), быстрый фронт скачков (от 10 кГц – 3 МГц), и очень быстрый фронт скачков (от 100 кГц – 50 МГц). Обратите внимание на перекрытие диапазонов частот.
Если представление уже доступно для каждой частоты, выбор модели можно считать итерационной процедурой: модель должна быть выбрана в зависимости от частотного диапазона переходных процессов для моделирования, однако, частотные диапазоны теста обычно неизвестны до выполнения моделирования. Эта задача может быть облегчена с помощью общепринятых классификационных таблиц.
Ряд докладов по руководящему принципу моделирования для временной области цифрового моделирования был произведен в течение последних нескольких лет.
Моделирование переходных процессов подразумевает не только выбор модели, которая будет осуществляться для расчетов, но выбор системы области, которые должны быть представлены, и, во многих случаях, метод–детерминированные и вероятностные, которые будут использоваться. Метод отбора выходит за рамки этой статьи. Ниже перечислены несколько практических правил, которые необходимо учитывать при выборе модели и системы в области цифрового моделирования электромагнитных процессов.
Рисунок 2 – Сравнительное моделирование линий: FD и СР моделей: (а) схема теста: 230-кВ линии; (б) напряжение в конце линии, и (в) напряжение в конце линии.
Рисунок 2 показывает тест в случае использования для иллюстрации различий между результатами моделирования из двух различных моделей линии: линия постоянного параметра (CP – линия) и частотно-зависимого линии (FD – линия). Трехфазный выключатель замкнут, чтобы активизировать линию. Очевидно, что CP – линия имеет меньшее затухание и приводит к увеличению перенапряжений. Масштабирование от начальной формы волны появляющиеся в конце строки указывает, что более точная FD – линии модель имеет более высокую скорость распространения.
Частотно–зависимое моделирование имеет важное значение в молнии исследований. Для выключателя выполняются исследования, так как выключатель напряжения дуги возбуждает весь спектр частот, важно применять частотно-зависимые модели даже для участков шин подстанции, где выключатель изучен.
Рисунок 3 – Обмотки тока в синхронном генераторе во время трехфазного короткого замыкания: (а) ток возбуждения, когда связь между D-осями цепей ротора предполагается, и (б) тока возбуждения, когда связь между D-осями цепей ротора пренебрегается.
Рисунок 3 показывает ток возбуждения в синхронном генераторе в течение трехфазного короткого замыкания на клеммах якоря, полученных с двух различных моделей. Первая модель предполагает связь между этими двумя цепями ротора, расположенными на D-оси (поле и затухание обмотки), в то время как эта связь не была учтена при моделировании во втором случае. Не смотря на важность различий, эти подходы к моделированию могут быть приемлемыми, если основной целью является получение тока короткого замыкания в обмотках якоря или угловой скорости ротора по отношению к синхронной скорости.