Лекция 1. Моделирование электроэнергетических систем

Моделирование и анализ установившихся режимов роботы электрических систем

Лекция 1. Моделирование электроэнергетических систем

Объектом рассмотрения и анализа является энергетика.

Это одна из самых больших на планете искусственных систем. Её основ-ное назначение: производство, преобразование, передача, распределение и по-требление энергии (тепловой, электрической и т.д.).

Важнейшей частью большой системы энергетики являются электроэнерге-тические системы, которые относятся к категории сложных систем.

Сложные системы – это системы, имеющие глубокие внутренние связи и состоящие из большого количества взаимосвязанных и взаимодействующих между собой элементов(генераторы, трансформаторы, ЛЭП и т.д.).

Сложная система в целом обладает новыми качествами, не свойственными её отдельным элементам (например, ЭЭС, её элементы – ЛЭП, тр-ры, эл. станции подчиняются различным законам и алгоритмам функционирования).

Современные электроэнергетические системы (ЭЭС) содержат большое количество элементов, имеет многообразные внутренние и внешние связи и требуют большого объёма информации для описания режимов их работы.

Все это определяет целесообразность и возможность использования при управлении ЭЭС методов математического моделирования, реализуемых с использованием вычислительной техники.

Модель представляет собой некоторую систему, находящуюся в отношении подобия к моделируемому объекту. Моделирование в ЭЭС позволяет заменить сложные, а иногда и невозможные эксперименты на реальных объектах экспериментированием на их моделях. При этом появляется возможность моделировать и исследовать поведение ЭЭС в аварийных ситуациях, её реакцию на технологические воздействия, связанные с изменением нагрузок в узлах, конфигурации сети, отключением или подключением отдельных элементов и т.д.

Модели - физические и математические.

Физическая модель – объект той же физической природы, что и моделируемый объект, но выполненный в уменьшенном масштабе.,

Математическая модель – система математических уравнений, описывающая основные взаимосвязи между параметрами моделируемого объекта. Уравнения – алгебраические, дифференциальные и т.д. Их вид определяется структурой моделируемого объекта, характером и сложностью происходящих в нём процессов и т.д..

Математические модели широко используются для решения электроэнергетических задач.

Математическая модель ЭЭС реализуется в основном в виде формальной модели – алгоритма, представленной как программа для ЭВМ.

В современном представлении математическая модель ЭЭС - это программа для ЭВМ, реализующая алгоритм решения систем уравнений, описывающих основные взаимосвязи между параметрами моделируемого объекта.

Следует различать этап формирования математической модели и этап её использования (эксплуатации).

I. Классическая процедура построения математической модели, реали-зуемой на ЭВМ, включает такие шаги:

1) формирование первичной модели, являющейся некоторым идеальным математическим объектом, представленным в виде системы алгебраических или дифференциальных уравнений. Наиболее полно описывает все свойства и взаимосвязи в моделируемом объекте. Является точной моделью, но является сложной, имеет большую размерность, требует очень больших объёмов информации для её описания и формирования;

2) формирование математической модели с учетом упрощений и допущений за счет исключения несущественных и малосущественных параметров и взаимосвязей моделируемого объекта;

3) формирование алгоритма, реализующего методы решения системы уравнений, разработанной на предыдущем этапе;

4) разработка компьютерной программы (комплекса программ), реализующей разработанный алгоритм.

II. Моделирование установившихся режимов работы ЭЭС с использованием существующей (разработанной) модели – эксплуатация модели, включает следующие шаги:

1) подготовка исходных данных. Очень большие объёмы информации для описания ЭЭС;

2) загрузка исходных данных и их отладка. Выявление и исправление ошибок в исходных данных;

3) выполнение расчетов (моделирование) с использованием разработан-ной программы;

4) визуализация результатов и их анализ. Очень большой объём выходной информации. Выборочное отображение результатов;

5) принятие решений по результатам моделирования и реализация их на объекте.

Математическая модель ЭЭС включает две взаимосвязанные составля-ющие:

1. Модель схемы электрической сети. Описывает конфигурацию электри-ческой сети, последовательность соединения её элементов, их свойства и пара-метры. Представляется в виде схем замещениями и расчетных схем.

2. Модель режима роботы ЭЭС. Представляется в виде системы линейных или нелинейных алгебраических уравнений, связывающих заданные и искомые параметры режима ЭЭС и параметры её схемы замещения.

Важное место в комплексе задач моделирования и исследования условий работы ЭЭС занимает задача моделирования установившихся режимов роботы ЭЭС.

Под режимом роботы ЭЭС понимают совокупность процессов, происходящих в системе и определяющих в любой момент времени состояние параметров режима.

К параметрам режима ЭЭС относим напряжения в узлах сети, токи и потоки мощности в участках, токи и мощности в узлах, потери активной мощности.

Три основных вида режимов роботы ЭЭС:

Нормальный установившиеся режимы

Послеаварийный

Переходный

В нормальном и послеаварийном режимах происходит плавное изменение параметров режима, которые колеблются вокруг их средних значений. Это установившиеся режимы. Установившийся режим описывается с помощью ли-нейных или нелинейных алгебраических уравнений – в зависимости от способа задания нагрузок в узлах сети (токи или мощности).

В переходном режиме - переход от нормального к послеаварийному режиму. Происходит значительное и быстротечное изменение параметров режима.

ЭЭС как материальное сооружение характеризуется параметрами системы, то есть показателями, зависящими от свойств оборудования системы, её конфигурации и т.д. К параметрам системы можем отнести конфигурацию электрической сети, сопротивления и проводимости её элементов, коэффициенты трансформации трансформаторов и т.д.