УДК 621.311
МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ В РАМКАХ ИНФОРМАЦИОННО - УПРАВЛЯЮЩЕГО КОМПЛЕКСА
И.П. Заболотный Донецкий государственный технический университет, Донецк,
E-mail: ivp@elf.donntu.ru

Are Brought the computers application analysis results for diverse management tasks by routines of electric system. Are Considered the questions mathematical modeling of establishing and transitional routines of electric systems in frames information - manager complex.

Математическое моделирование является в настоящее время основным средством анализа режимов работы электрических систем. Значительное число работ связано с разработкой математических моделей, как отдельных элементов, так и режимов работы электрических систем. В [1,2] приведены результаты анализа принципов построения и особенностей полной и основных упрощенных моделей переходных и установившихся процессов в сложных электроэнергетических системах. Однако при анализе не в полной мере рассматриваются вопросы моделирования на основе современных информационных технологий. Анализ ряда комплексов программ, которые в различной степени позволяют моделировать установившиеся режимы работы, электромагнитные и электромеханические переходные процессы, позволяет сделать вывод, что вопросам создания единой инфологической модели объекта моделирования уделяется недостаточно внимания. Комплексы программ используют внешние логические модели согласно современным информационным технологиям, что приводит к определенным трудностям взаимодействия пользователя с ПЭВМ при проведении многовариантных исследований. Это обусловлено объективными факторами. Применение ПЭВМ развивалось по двум направлениям использования.
Первое направление - применение вычислительной техники для выполнения численных расчетов, которые слишком долго или вообще невозможно производить вручную. Становление этого направления способствовало интенсификации методов численного решения сложных математических задач, развитию класса языков программирования, ориентированных на удобную запись численных алгоритмов.
Второе направление - это использование средств вычислительной техники в автоматизированных информационных системах. Второе направление возникло несколько позже первого. Это связано с тем, что на заре вычислительной техники компьютеры обладали ограниченными возможностями в части памяти (внешней и главным образом ОЗУ), что было не очень существенно для чисто численных расчетов. Даже если программа должна обработать большой объем информации, при программировании можно продумать расположение этой информации во внешней памяти, чтобы программа работала как можно быстрее.
Целью настоящей статьи является рассмотрение моделирования режимов электрической системы в рамках информационно-управляющего комплекса на основе единой информационной модели.
В [3-4] предложена автоматизированная система управления режимами электрических систем, созданная на основе современных информационных технологий.
На рис. 1 приведена структурная схема с использованием компонент графического интерфейса пользователя для автоматической подготовки модели данных задачи по созданной электрической схеме режима. При ее создании используются значения параметров графических образов элементов электрической системы. Так, например, параметр состояния элемента позволяет исключить при рассмотрении варианты с использованием неисправного оборудования, параметр связи выполнить необходимые упрощения в сложном графическом изображении.
При расчете режимов сложных систем используется многослойное графическое изображение электрической сети [3-4] и метод деления на подсистемы. Исходный установившийся режим работы электрической сети описывается системой алгебраических уравнений, полученных с помощью метода узловых напряжений.
Расчет токов короткого замыкания для начального момента времени выполняется путем реализации метода наложения: в узел с точкой КЗ вводится напряжение в узле с обратным знаком и выполняется расчет токов в схеме и затем суммируются данные исходного режима и аварийного режима.
При исследовании переходных режимов используется математическая модель следующего вида:
- пассивная часть электрической системы описывается системой уравнений следующего вида в матричной форме

G*U=I+I'+IБ, (1)

где G - матрица проводимостей; U - вектор мгновенных значений напряжений в узлах; I - вектор мгновенных значений токов в узлах, определяемый решением дифференциальных уравнений, описывающих генераторы или двигатели, подключенные в узлах; I' - вектор производных токов, определяемый как отношение приращения тока за интервал к длительности интервала; IБ - вектор токов, зависящий от наличия связи с балансирующим узлом (составляющие определяются по правилу: равна 0, если узел не имеет связи с балансирующим узлом, в противном случае равен произведению проводимости на напряжения балансирующего узла).
- для генераторов, удаленных от места возмущения используется упрощенная модель [5];
- для генераторов, расположенных вблизи места возмущения используются полные уравнения Парка - Горева.
Система уравнений дополняется дифференциальными уравнениями, описывающими работу систем автоматического регулирования скорости агрегата и возбуждения генератора. Кроме того, система уравнений дополняется неравенствами, реализующими ограничения по току статора и возбуждения для генераторов, ограничения на реактивную мощность для ИРМ. После ввода возмущения выполняется переформирование матрицы узловых проводимостей, так как генераторные ветви, которые ранее были заданы мощностями, теперь необходимо представить в виде блоков систем дифференциальных уравнений. На каждом шаге численного интегрирования рассчитывается токи в узлах с генераторами и двигателями, затем производные токов, затем решением уравнения (1) напряжение узлов, токи в ветвях, затем снова выполняется интегрирование дифференциальных уравнений. Число блоков уравнения для описания генераторов и систем их регулирования столько, сколько, сколько имеется в исследуемой схеме генераторных ветвей.
Для анализа статической устойчивости реализован метод утяжеления режима. В качестве напряжений генераторных узлов принимаются ЭДС генераторов. Активные мощности этих ветвей равны мощностям турбин. Автоматически вводятся возмущения в схему путем изменения углов ЭДС на небольшую величину, равную 5% от значения угла исходного установившегося режима. Выполняется переформирование матрицы узловых проводимостей, так как генераторные ветви, которые ранее были заданы мощностями, теперь необходимо представить ЭДС и объединить с примыкающими ветвями, а также исключить генераторные узлы. После этого выполняется численное интегрирование уравнений для всех генераторных ветвей. По изменению угла делается вывод о статической устойчивости режима системы.
При моделировании сложных систем, включающих в себя синхронные машины, часто бывает необходимо предусматривать те или иные изменения первичной схемы во время переходного процесса. Обычно следует предусматривать отключение отдельных машин, элементов нагрузки, линий и т. п. При последующих операциях, таких как повторное включение, для правильного отображения процессов в отключенных машинах переменного тока использованы схемы моделирования в виде "источников тока" [6].
Литература
1. Баринов В.А., Совалов С.А. Режимы энергосистем: Методы анализа и управления. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 440 с.
2. Математическое моделирование установившихся режимов электрических систем переменно-постоянного тока / Г.Н. Лысяк, В.Н. Стряпан, А.В. Данилюк. - К.: УМК ВО, 1990. 104 с.
3. Заболотный И.П. Развитие научных основ автоматизированных систем оперативного управления в энергетике // Сборник научных трудов ДонГТУ. Серия: Электротехника и энергетика, выпуск 2, Донецк:ДонГТУ, 1998. - С. 189-193.
4. Заболотный И.П., Павлюков В.А. Применение компьютерных технологий для управления электрическими системами // Технічна електродинаміка, спеціальний випуск, К.: 1998. - с.90-99.
5. Заболотный И.П., Диа Ибрагим. Разработка минимальной сложности математической модели генератора для анализа длительных переходных процессов в энергосистемах // Сборник научных трудов ДонГТУ. Серия: электротехника и энергетика, выпуск 2, Донецк: ДонГТУ, 1998. - С. 181-188.
6. Применение аналоговых вычислительных машин в энергетических системах / Под. ред. Н.И. Соколова. - М.: Энергия, 1970. - 400 с.

Modeling of work routines of electric systems within the frameworks information-manager complex.

I.P. Zabolotniy
The Donetsk State Technical University, Donetsk
Are Brought the computers application analysis results for diverse management tasks by routines of electric system. Are Considered the questions mathematical modeling of establishing and transitional routines of electric systems in frames information - manager complex.

К электронной библиотеке