Электрические системы являются одними их самых сложных, масштабных и эффективных систем предназначенных для выработки электроэнергии на сегодняшний день. Целью системы питания является создание, транспортировка и распределения электрической энергии, требуемой потребителями, является самым надёжным и безопасным способ. Энергетические системы играют решающую роль в современном обществе, и их работа основана на некоторых конкретных принципах. Так как электричество не может быть сохранено в больших количествах, работа системы электропитания должна достичь постоянного баланса между производством на электростанциях и его потреблением, чтобы сохранить частоту энергосистемы в узких пределах для обеспечения надежного производства.
Даже когда система питания работает в нормальном режиме работы, нагрузка постоянно меняется, а системы управления обязаны поддерживать напряжение и частоту в необходимых пределах. Это означает, что системы питания никогда не находятся в состоянии покоя. Кроме того, внеплановые нарушения могут повлиять на нормальное функционирование энергосистемы, привести к изменениям в конфигурации, которая может стать причиной отказа оборудования или вызвать прерывание питания, которые могут привести к выходу работы энергосистемы из нормального режима
Анализ и моделирование электромагнитных переходных процессов стало фундаментальной методологией для понимания эффективности энергетических систем, оценки компонентов питания, объясняя отказы оборудования или тестирования устройств защиты. Исследование переходных процессов может быть использовано в разработке современных энергетических систем. С первых шагов в этой области, значительные усилия были посвящены разработке новых методов и более мощных программных пакетов.
Сложные модели, сложные методы решения и мощные инструменты моделирования были разработаны для выполнения исследований, которые имеют первостепенное значение при проектировании современных энергетических систем. Первые разработки переходных процессов в основном направлены на расчет перенапряжения. В настоящее время эти инструменты применяются во множестве исследований, для которых детальные модели и точные решения чрезвычайно важны. Переходные процессы в электрических системах связаны с нарушениями вызванными неисправностями, короткими замыканиями, ударами молнии или изменениями нагрузки. Эти явления могут привести к перенапряжению и повредить оборудование. Первостепенное значение в их исследования предаётся тому, какое воздействие они могут оказать на производительность системы или ущерб, который они могут причинить оборудованию.Сложные модели, сложные методы решения и мощные инструменты моделирования были разработаны для выполнения исследований, которые имеют первостепенное значение при проектировании современных энергетических систем. Первые разработки переходных процессов в основном направлены на расчет перенапряжения. В настоящее время эти инструменты применяются во множестве исследований, для которых детальные модели и точные решения чрезвычайно важны. Переходные процессы в электрических системах связаны с нарушениями вызванными неисправностями, короткими замыканиями, ударами молнии или изменениями нагрузки. Эти явления могут привести к перенапряжению и повредить оборудование. Первостепенное значение в их исследования предаётся тому, какое воздействие они могут оказать на производительность системы или ущерб, который они могут причинить оборудованию.
Два типа коротких замыканий могут быть вызваны переходными процессами в энергосистемах: (1) сверхтоки, которые могут привести к повреждению оборудования из-за перегрева, и (2) перенапряжение, которое может вызвать пробой изоляции или электрическую дугу. Поэтому необходима защита от этих перенапряжений. Эта защита может быть обеспечена специализированным оборудованием, работа которого направлена на изоляцию энергосистемы, где произошло нарушение (например, отказ компонента питания, что вызывает короткое замыкание) или ограничение перенапряжения через терминалы (например, по установке ОПН, которые будут уменьшить напряжения). Кроме того, лучше всего бороться с перенапряжением, вызванным переходными процессами может быть достигнуто посредством хорошего проектирования энергетического оборудования (например, путем защиты воздушных линий, чтобы ограничить дуговых разрядов, вызванных прямыми удары молнии). То есть, хотя система питания работает большую часть времени при нормальных условиях, ее дизайн должен включить его, чтобы справиться с последствиями переходных процессов.
Для того чтобы обеспечить хорошую защиту против обоих типов напряжений, очень важно знать, их происхождение, рассчитать их основные характеристики и оценить наиболее неблагоприятные условия эксплуатации. Строгий и точный анализ переходных процессов в энергосистемах составить трудно из-за размера системы, сложности взаимодействия между устройствами питания и физическими явлений, которые должны быть проанализированы. В настоящее время исследование и моделирование переходных процессов в реальных энергетических системах осуществляется с помощью компьютера. Аспекты, которые способствуют этой сложности, являются различными причинами, природа физического явления и временные рамки энергосистемы переходных процессов. Нарушения могут быть внешние (удары молнии) или внутренних (разломы, переключений, изменения нагрузки).
Переходные процессы энергетической системы могут быть электромагнитными, тогда необходимо проанализировать взаимодействие между (электрической) энергией, запасенной в конденсаторах и (магнитной) энергией, запасенной в индуктивности, или электромеханические, когда анализ предполагает взаимодействие между электрической энергии, запасенных в элементах схемы и механической энергией, сохраняется в электрических машинах.
Физические явления, связанные с переходными процессами приводят к необходимости исследовать систему питания более через интервал времени от нескольких наносекунд до нескольких минут. Этот последний аспект является проблемой для анализа и моделирования переходных процессов в энергосистеме, поскольку поведение энергетического оборудования в значительной степени зависит от переходных процессов: это зависит от диапазона частот, связанных с переходными процессами. Точное математическое представление любого устройства питания через весь частотный диапазон переходных процессов затруднительно, и для большинства компонентов практически не возможно.
Несмотря на мощные численные методы, инструментов моделирования и графических пользовательских интерфейсов, которые доступны в настоящее время, те, кто участвует в исследование электромагнитных переходных процессов, рано или поздно, сталкиваются с ограничением моделей, отсутствием надежных процедур обработки данных и преобразования для параметра оценки или недостаточных исследований для проверки моделей.Рисунок 1.1 представляет типичный порядок при моделировании электромагнитных переходных процессов в энергосистемах. Вся процедура предполагает четыре этапа:
1.Выбор зоны исследования и наиболее адекватное представление каждого компонента, участвующего в переходных процессах.
Зона выбирается с учетом частотного диапазона переходных процессов следующим образом: чем выше частота, тем меньше зона моделирования. В общем, желательно, чтобы свести к минимуму зону исследования, поскольку большее число компонентов не обязательно повысят точность; вместо этого они будут увеличивать время моделирования, что повысит вероятность недостаточно или неправильно моделирование. Хотя многие работы были посвящены обеспечению принципов на этих аспектах [1-3], для некоторых экспертиз, нужно выбрать зону исследования и модели.
2.Сбор информации.
После того, как математическая модель была выбрана, необходимо собрать информацию, которая может быть полезной для получения значений параметров, которые должны быть указаны. Для некоторых компонентов, эти значения могут быть получены из геометрии; для других компонентов эти значения не являются легкодоступными и они должны быть выведены путем тестирования компонент в лаборатории или проведения экспериментов. В таком случае, процедура преобразования данных будет необходимой, для получения окончательных значений параметров. Подробности определения параметров для некоторых силовых элементов были представлены в [4]. Интересно, что идеализированное/упрощенное представление некоторых компонентов может быть использовано, если система для моделирования является слишком сложной. Это представление позволит изменять файл данных и анализировать для того, чтобы упростить результаты моделирования. Исследование погрешности следует проводить, если один или несколько параметров, не могут быть точно определены. Результаты, полученные, из такого исследования покажут, какие параметры требует пересмотра.
3.Применение инструмента моделирования.
Постоянный рост возможностей аппаратных и программных средств, привело к развитию мощных инструментов моделирования, которые могут справиться с большими и сложными системами питания. Современное программное обеспечение для анализа переходных процессов включает мощные и дружественные графические пользовательские интерфейсы, которые могут быть очень полезны при создании исходного файла модели тестовой системы.
4.Анализ результатов моделирования.
Моделирование электромагнитных переходных процессов могут быть использованы, среди прочего, для определения рейтинга компонент (например, уровни изоляции или возможности поглощения энергии), тестирование управления и защиты системы, проверка компонентов питания помогут понять причины отказов оборудования. Глубокий анализ результатов моделирования является важным аспектом всей процедуры, так как каждый из этих исследований может включать итерационные процедуры, в которых модели и значения параметров должны быть скорректированы.
<