Лекция 2._Методы моделирования ЭЭС

1.

Методы моделирования ЭЭС

2.

Процесс математического
моделирования
сопоставление
результатов
аналитического
исследования
математической модели с
результатами опыта
(верификация модели).
выяснение и
формулирование
математических
законов
решение
математических
задач, к которым
сводится
исследование
математической
модели

3.

Структура модели в этом случае должна
предусматривать наиболее полное и
подробное моделирование, с минимально
возможными упрощениями и допущениями.

4.

Требования к модели
• точность моделирования объекта
• максимально возможное совпадение
результата расчета с реальными
свойствами или поведением объекта

5.

Методы моделирования
• физическое моделирование;
• математическое моделирование;
• численное решение.

6.

7.

Модель НИПТ
Аналоговая часть
Цифровая часть
Настраиваемые полупроводниковые
моделей паровых, гидравлических и
газовых турбин и их систем
регулирования и управления.
Моделей автоматических
регуляторов возбуждения
различных модификаций.
Система регистрации экспериментов

8.

Области применения ЭДМ
Выполнение экспериментальных и
• Проверка микропроцессорные устройств
исследовательских работ по применению в
регулирования, управления, защиты и
ЕЭС России новой техники, в том числе
автоматики в условиях,
испытаний, аттестации и настройки «под
максимально приближенных к условиям
ключ» систем управления, регулирования,
будущей эксплуатации.
автоматики и защиты.
Комплексное исследование управляемости
• Исследование низкочастотных колебаний
и системной надежности ЕЭС России.
Обучение студентов, подготовка и
повышение квалификации специалистов по
планированию и управлению режимами
энергосистем.
• Лабораторный практикум, испытания и
эксперименты, в максимально
приближенных к условиям реальной
эксплуатации электроэнергетической
системы

9.

Математическое моделирование

10.

Аналоговый электронный симулятор
энергосистемы ASEA Relays (ABB)
Сама модель была создана на основе аналоговых электронных компонентов, а его работа,
конфигурация, уставки и сбор данных контролировались при помощи пяти компьютеров и
четырех операторов.

11.

БЭСМ-6 - самая быстрая машина второго поколения в СССР

12.

• ЕС-1022 – ЭВМ третьего поколения

13.

Процедура построения математической
модели
формирование первичной модели в виде системы
алгебраических или дифференциальных уравнений.
формирование математической модели с
учетом упрощений и допущений за счет исключения
несущественных и малосущественных параметров и
взаимосвязей моделируемого объекта;
формирование алгоритма, реализующего методы решения
системы уравнений;
разработка программы

14.

Программные комплексы
УР
УР и Эл.
мех.ПП
Эл.магн. ПП
Real-time
РЗ и ТКЗ
Космос
Мустанг
PSCAD
RTDS
АРМ СРЗА
Сфера
ДАКАР
MATLAB
RastrWin
СК-2011
АНАРЭС
PSS@
PSS@
EUROSTAG
DIgSILENT
PowerFactory
СК-2011
RASTRWIN
ETAP
PSS@
DIgSILENT
PowerFactory
ETAP

15.

КОСМОС

16.

Программный комплекс КОСМОС предназначен для
решения задач краткосрочного планирования и
оценки фактических режимов, а также для
имитационного моделирования в диспетчерском
управлении (с целью превентивной проверки
последствий принимаемых решений) посредством
выполнения расчетов электрических режимов
энергосистем на основе текущих или архивных
данных телеметрической информации из ОИК.

17.

Графическая подсистема
• формирования изображений схем энергосистем;
• формирования изображений схем первичных коммутаций
станций и подстанций;
• ввода телеметрической информации;
• проведения расчетов режимов по технологическим
программам, входящим в состав комплекса;
• отображения на схемах исходной информации и результатов
расчетов;
• анализа результатов расчетов c использованием сочетания
преимуществ табличного представления и графики.

18.

Основные задачи программного комплекса КОСМОС:
• оценка состояния режима энергосистемы – расчет
сбалансированного электрического режима на основе
телеизмерений параметров режима, расчет неизмеряемых
параметров режима ЭС, определение и отбраковка ошибочных
ТИ;
• расчет установившегося режима ЭС при внесении изменений в
оцененный режим (включение и отключение элементов сети,
изменение генерации и нагрузки в узлах схемы).
• утяжеление режима
• оптимизация режима ЭС по напряжению и реактивной
мощности по критерию минимума потерь активной мощности.

19.

Сфера
Графическая система анализа электрических режимов «СФЕРА»
предназначена для анализа текущих, ретроспективных и планируемых
схемно-режимных ситуаций в электроэнергетической системе, в том числе
при подготовке к изменению состояния энергосистемы

20.

21.

Пакет приложений EMS/DMS СК-11:
ВВ2ВВ, предназначенный для переноса результатов расчетов
режимов на физическую модель, расчета обобщенных характери стик
режима и перетоков по ветвям нулевого сопротивления
• анализ топологии сети
• оценку состояния PORTOS
• расчет установившегося режима ARTHUR, включающий услуги серийных
расчетов, в том числе расчетов утяжеления по заданным сценариям
• универсальный контроль режимных и технологических ограничений
Violation Analyzer
• анализ режимной надежности (потока отказов) по критерию N-x ARENA
• прогноз потребления
• расчет несимметричных режимов Magneto
• сервис скоростных серийных вычислений по заданным сценариям с
возможностью обмена результатами между приложениями

22.

RastrWin

23.

Расчетные модули
• Расчет установившихся режимов электрических сетей
произвольного размера и сложности, любого напряжения (от
0.4 до 1150 кВ).
• Полный расчет всех электрических параметров режима (токи,
напряжения, потоки и потери активной и реактивной мощности
во всех узлах и ветвях электрической сети).
• Расчет установившихся режимов с учетом отклонения частоты
(без балансирующего узла).
• Эквивалентирование (упрощение) электрических сетей.
• Оптимизация электрических сетей по уровням напряжения,
потерям мощности и распределению реактивной мощности.

24.

• Расчет положений РПН и ВДТ.
• Расчет предельных по передаваемой мощности режимов,
определение опасных сечений.
• Структурный анализ потерь мощности по характеру, типам
оборудования, районам и уровням напряжения.
• Проведение многовариантных расчетов по списку возможных
аварийных ситуаций.
• Моделирование отключения ЛЭП, в том числе одностороннего,
и определение напряжения на открытом конце.
• Моделирование генераторов и возможность задания его PQдиаграммы.
• Моделирование
линейных
и
шинных реакторов
с
возможностью их отключения и переноса линейного реактора в
узел при отключении ЛЭП.

25.

• Анализ допустимой токовой загрузки ЛЭП и трансформаторов,
в том числе с учетом зависимости допустимого тока от
температуры.
• Расчет сетевых коэффициентов, позволяющих оценить влияние
изменения входных параметров на результаты расчета, и
наоборот, проанализировать чувствительность результатов
расчета к изменению входных параметров.
• Расчет
агрегатной
информации
по
различным
территориальным
и
ведомственным
подразделениям
(потребление, генерация, внешние перетоки).
• Сравнение различных режимов по заданному списку
параметров.
• Расчет токов КЗ.
• Расчет ЭМПП и длительных ПП

26.

• Встроенный макроязык
Позволяет автоматизировать часто встречающиеся группы
операций. Макросы позволяют автоматизировать все
возможности RastrWin.

27.

Power System Simulator (PSS®) Product Suite
• PSS®E, расчет магистральных
электрических сетей
• PSS®SINCAL, расчет распределительных
сетей
• PSS®NETOMAC, анализ динамической
устойчивости энергосистем
• PSS®ODMS, интеграция данных и
управление моделью
• PSS®MUST, расчет пропускной
способности магистральных сетей
Используется более чем в 115 странах

28.

PSS@E

29.

PSS@Sincal

30.

31.

PSS®NETOMAC
• Расчет УР, электромагнитных и
электромеханических переходных
процессов
• Расчеты ТКЗ
• Анализа устойчивости и управления на
основе оценки динамических свойств
энергообъединения
• Оптимизация режимов
• Тренажер

32.

33.

• Комплексное моделирование и анализ режимов энергосистем
и объединений:
– ≥20 000 расчетных узлов, коммутационная детализация;
– симметричная и 3-фазная сеть;
– переменный/постоянный ток;
– длительные электромеханические и электромагнитные
переходные процессы.
– Анализ токов короткого замыкания и настройка РЗ и ПА:
– библиотека + пользовательские модели всех типов РЗ;
– моделирование логики систем ПА;
– проверка селективности и чувствительности при различных
типах КЗ.

34.

• Модели оборудования ЭЭС неограниченной
гибкости:
– системы централизованного управления контроля
частотой, мощностью и напряжения;
– FACTS, системы постоянного тока;
– солнечные батареи, ВЭС, топливные элементы,
накопители большой мощности;
– группы распределенной генерации;
– расширенная модель структуры потребления
(зоны-группы, фидеры распределительные сети,
абоненты).

35.

• Исследование показателей качества ЭЭ:
– моделирование и анализ гармонических искажений;
– выявление параметрических резонансов оборудования;
• Интеграция в существующие ПТК и системы:
– полнофункциональная поддержка IEC 61970 – CIM и его
спецификаций;
– интеграция со SCADA – создание тренажерных комплексов
для диспетчеров центров управления и персонала
подстанций;
– интеграция с ГИ
PowerFactory применяют операторы национальных энергосистем разных стран мира: National Grid
(Великобритания), Terna (Италия), Tennet (Нидерланды), Western Power (Австралия), EnergiNet (Дания), Swissgrid
(Швейцария), ESKOM (ЮАР), EnBW (Германия), Scottish Power (Шотландия), ISA (Колумбия), PLN (Индонезия),
EGAT (Таиланд) и другие.

36.

MUSTANG

37.

Основные возможности программы
• расчет установившихся режимов работы ЭЭС
• расчет предельных режимов по условиям
статической устойчивости
• расчет электромеханических переходных
процессов с возможностью моделирования
действий устройств релейной защиты и
противоаварийной автоматики, процессов,
протекающих в генераторах (АРВ, возбудитель,
АРЧВ турбин), синхронных и асинхронных
двигателей

38.

Dakar

39.

Диалоговый Автоматизированный Комплекс
Анализа Режимов (ДАКАР) предназначен для
расчета и анализа:
• установившихся нормальных, предельных и
послеаварийных режимов работы
электрических сетей напряжением 0.4÷1150
кВ;
• электромеханических переходных процессов
ЭЭС с учетом действия любых устройств
автоматики, реакции теплосилового
оборудования электрических станций.

40.

Комплекс ДАКАР позволяет решать следующие задачи:
• расчет и анализ установившихся режимов;
• эквивалентирование электрической сети;
• создание графической схемы сети и коммутационных
схем подстанций, с отображением на них результатов
расчета;
• исследование статической и динамической устойчивости;
• анализ длительных переходных процессов;
• анализ несимметричных, неполнофазных режимов и
расчет токов короткого замыкания;
• настройка АРВ, АЛАР, теплосилового оборудования

41.

42.

Anares

43.

Eurostag

44.

Программа EUROSTAG предназначен для решения
следующих задач :
• определение предельного времени отключения КЗ;
• исследование процессов синхронизации энергосистем
после крупных аварий;
• определение настроек для систем противоаварийного
управления, УРЗА;
• анализ причин возникновения и последствий аварийных
возмущений в энергосистеме;
• анализ поведения энергосистемы при различных
аварийных возмущениях (лавина напряжения, выпадение
из синхронизма крупных электростанци);
• разработка и настройка систем управления (регуляторы
скорости турбин, АРВ генераторов, РПН трансформаторов).

45.

ПВК EUROSTAG содержит
большое
количество моделей различных устройств
управления и регулирования, передач и
вставок
постоянного
тока,
гибких
электропередач переменного тока, котлов,
турбин и т. п.
Реализована возможность создания моделей
различных устройств путем графического
программирования,
используя
набор
стандартных блоков.

46.

Matlab

47.

SimPowerSystems расширяет Simulink инструментами для
моделирования электросиловых систем генерации,
передачи, распределения и потребления электроэнергии.
Содержит готовые модели многих компонентов,
используемых в трансформаторах, двигателях и библиотеки
специфичных моделей, таких как гибкие системы передачи
переменного тока (FACTS) и ветровые генераторы.
Гармонический анализ, расчет коэффициента нелинейных
искажений (КНИ) и другие ключевые расчеты энергосистемы
автоматизированы.

48.

Моделирование ЭЭС в режиме
реального времени
Моделирование режимов энергосистемы,
при котором расчет параметров системы
(мгновенных значений токов, напряжений и
др.) в ходе вычислительного эксперимента на
ЭВМ получается в темпе, соответствующем
скорости протекания процессов, называют
моделированием в режиме реального
времени.

49.

50.

51.

ОБЩАЯ СТРУКТУРНАЯ СХЕМА СИСТЕМЫ ЦИФРОВОГО
ДИНАМИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

52.

RTDS – это специализированный комплекс, предназначенный для
изучения стационарных режимов и электромагнитных переходных
процессов в электроэнергетической системе (ЭС) в реальном
масштабе времени

53.

Основыне задачи
• полный цикл проверки релейной защиты, единой защиты и
схем управления;
• полный цикл проверки систем управления для HVDC, SVC, TCSC
и синхронных машин;
• разработка устройств FACTS и связанных с ней средств
управления;
• изучение работы систем переменного тока, включая режим
генерации и передачи электрической энергии;
• исследование взаимодействия оборудования для энергетики;
• изучение взаимодействия между объединенными AC/DC
системами;
• обучение и тренировка инженерно-технического персонала
объектов электроэнергетики.

54.

55.

56.

Аппаратная часть