Боровиков Юрий Сергеевич. Мультипроцессорная моделирующая система реального времени электроэнергетических систем с активно-адаптивными сетями

brief description

Боровиков Юрий Сергеевич. Мультипроцессорная моделирующая система реального времени электроэнергетических систем с активно-адаптивными сетями: диссертация ... доктора технических наук: 05.14.02 / Боровиков Юрий Сергеевич;[Место защиты: Новосибирская государственная академия водного транспорта].- Новосибирск, 2014.- 272 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 6
ГЛАВА 1 АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ АДЕКВАТНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ С АКТИВНО¬АДАПТИВНЫМИ СЕТЯМИ 35
1.1 Общая характеристика исследуемой проблемы 35
1.2 Определение и анализ причин существования проблемы адекватности и оперативности моделирования электроэнергетических
систем с активно-адаптивными сетями 36
1.3 Выводы 47
ГЛАВА 2 КОНЦЕПЦИЯ И СТРУКТУРА СРЕДСТВ АДЕКВАТНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ С АКТИВНО-АДАПТИВНЫМИ СЕТЯМИ 48
2.1 Основные положения концепции моделирования
электроэнергетических систем с активно-адаптивными сетями 49
2.2 Структуры средств реализации концепции моделирования
электроэнергетических систем с активно-адаптивными сетями 51
2.3 Выводы 59
ГЛАВА 3 СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССОРЫ МУЛЬТИПРОЦЕССОРНОЙ МОДЕЛИРУЮЩЕЙ СИСТЕМЫ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ С АКТИВНО-АДАПТИВНЫМИ СЕТЯМИ 60
3.1 Принципы построения специализированных процессоров 60
3.2 Специализированный процессор моделирования синхронных и
асинхронных электрических машин 65
3.2.1 Математическая модель синхронных и асинхронных электрических машин 68
з
3.2.2 Гибридный сопроцессор моделирования синхронных и
асинхронных электрических машин 72
3.2.3 Математические модели систем возбуждения с автоматическими
регуляторами возбуждения специализированного процессора машин 75
3.2.4 Математические модели первичных двигателей генераторов 83
3.2.4.1 Математическая модель паровых турбин 84
3.2.4.2 Математическая модель котлоагрегатов 88
3.2.4.3 Математическая модель гидравлических турбин 91
3.2.4.4 Математическая модель автоматических систем регулирования
частоты и мощности турбин 93
3.2.4.5 Математическая модель ветровых турбин 97
3.3 Специализированные процессоры моделирования линий электропередачи 98
3.3.1 Математическая модель трехфазной линии электропередачи с сосредоточенными параметрами и перемещаемыми местами
анормальностей на линии 102
3.3.2 Гибридный сопроцессор моделирования трехфазных линий
электропередачи с сосредоточенными параметрами и перемещаемыми местами анормальностей на линии 104
3.3.3 Гибридный сопроцессор моделирования трехфазных линий
электропередачи с распределенными параметрами 107
3.3.4 Гибридный сопроцессор моделирования одиночных коротких и
эквивалентных трехфазных линий, обобщенных нагрузок, шунтирующих реакторов и конденсаторных батарей 111
3.4 Специализированный процессор моделирования трехфазных
трансформаторов и автотрансформаторов 113
3.4.1 Математическая модель трансформаторов и автотрансформаторов... 114
3.4.2 Гибридный сопроцессор моделирования трансформаторов и
автотрансформаторов 117
3.5 Специализированные процессоры моделирования устройств FACTS.. 118
3.5.1 Специализированный процессор моделирования статических
синхронных компенсаторов 119
3.5.2 Математические модели силового оборудования СТАТКОМ 123
3.5.3 Гибридные сопроцессоры моделирования силового оборудования
СТАТКОМ 125
3.5.4 Моделирование системы автоматического управления статическим
преобразователем напряжения специализированного процессора моделирования СТАТКОМ 127
3.5.5 Исследование разработанных средств моделирования СТАТКОМ в
компьютерной программе Multisim 11 133
3.6 Выводы 146
ГЛАВА 4 СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ МОДЕЛИРУЮЩЕЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ С АКТИВНО¬АДАПТИВНЫМИ СЕТЯМИ 147
4.1 Структура программного обеспечения 148
4.2 Программное обеспечение микропроцессорных узлов
специализированных процессоров 156
4.3 Программное обеспечение сервера 159
4.4 Программное обеспечение автоматизированного рабочего места
Клиента 163
4.5 Программный редактор автоматизированного рабочего места
Клиента 175
4.6 Выводы 178
ГЛАВА 5 РЕАЛИЗАЦИЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КОНЦЕПЦИИ И СРЕДСТВ АДЕКВАТНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ С АКТИВНО-АДАПТИВНЫМИ СЕТЯМИ 179
5.1 Экспериментальные исследования автоматического управления
режимами энергокластера посредством управляемого шунтирующего реактора и коммутируемых конденсаторных батарей 183
5.2 Экспериментальные исследования автоматического управления
режимами энергокластера посредством СТАТКОМ и процессов объединения несинхронно работающих частей электроэнергетической системы с помощью фазоповоротного устройства 210
5.3 Общий анализ результатов экспериментальных исследований 232
5.4 Выводы 241
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 242
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 245
ПРИЛОЖЕНИЕ 269

bibliography

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Причиной существования большинства различного рода проблем, включая решенную в данной диссертационной работе, служит отсутствие необходимой для их решения информации и средств ее получения, в том числе и своевременного.
Внедрение в электрические сети устройств FACTS на базе силовой полупроводниковой электроники и преобразование их в активно-адаптивные сети (ААС) значительно изменяют динамические свойства ЭЭС, условия работы силового оборудования, средств РЗА, технологической и противоаварийной автоматики. При этом радикально усложняется и без этого сложная проблема получения достаточно полной и достоверной информации о едином непрерывном спектре квазиустановившихся и переходных процессах в оборудовании и ЭЭС с ААС в целом, при всевозможных нормальных, аварийных и послеаварийных режимах их функционирования, необходимой для надежного и эффективного решения важнейших задач проектирования, исследования и эксплуатации ЭЭС с ААС.
Представленные в диссертации результаты анализа данной проблемы и используемых в настоящее время программных и программно-технических средств сугубо численного моделирования ЭЭС, являющихся по существу единственным средством получения подобной информации, показывают невозможность ее удовлетворительного решения при таком одностороннем подходе. Основанием для данного заключения служит рассмотренная при анализе названных средств их единая методическая основа, согласно которой для решения систем дифференциальных уравнений неизбежно применяются методы их численного интегрирования. Между тем, жесткие нелинейные системы дифференциальных уравнений большой размерности адекватных математических моделей ЭЭС, а тем более ЭЭС с ААС и условия их решения оказываются всегда очень плохо обусловленными в соответствии с теорией методов дискретизации для дифференциальных уравнений на ограничительных условиях применимости этих методов. Последнее подтверждают свойства и возможности этих средств, неизменно использующих при расчете процессов в реальных ЭЭС известные упрощения и ограничения, несомненно, в неопределимый ущерб полноте и достоверности воспроизведения процессов. Кроме того, всегда остается неизвестной действительная ошибка решения дифференциальных уравнений, определение которой в указанной теории отнесено к разряду фундаментальных проблем.
Основываясь на представленных результатах анализа принят альтернативный подход решения проблемы адекватного моделирования ЭЭС с ААС, представляющий в широком смысле гибридное моделирование, позволивший сформулировать эталонные условия решения проблемы, в соответствии с которыми разработаны концепция и структура средств адекватного моделирования в реальном времени ЭЭС с ААС, образующие мультипроцессорную программно-техническую систему гибридного типа.
В отличие от ранее созданных известных средств подобного типа, предназначенных для моделирования обычных ЭЭС и решения связанных с их проектированием, исследованием и эксплуатацией задач, данная система, помимо этого, обладает всеми свойствами и возможностями, необходимыми для получения, в том числе в реальном времени, полной и достоверной информации о едином непрерывном спектре квазиустановившихся и переходных процессов в оборудовании и ЭЭС с ААС в целом, при всевозможных нормальных, аварийных и послеаварийных режимах их функционирования. Для обеспечения этих свойств и возможностей синтезированы универсальные для каждого вида оборудования ЭЭС с ААС бездекомпозиционные, адекватные, трехфазные математические модели и разработаны специализированные процессоры, реализующие их методически точное и непрерывное решение в реальном времени и на неограниченном интервале с гарантированной приемлемой точностью, а также весь спектр всевозможных трехфазных и пофазных коммутаций и различные виды и формы представления и функционального преобразования информации,
Для интерактивного и программно-процедурного управления параметрами и настройками оборудования, коммутациями и моделированием ЭЭС с ААС в целом, а также для визуализации воспроизводимых режимов и процессов, моделирования релейной защиты, технологической и противоаварийной автоматики, САУ устройств FACTS, локальных и системных САУ ЭЭС с ААС, информационно-управляющих взаимодействий с ОИК, SCADA, WAMP и другими внешними средствами разработаны в соответствии с концепцией и структурой средств ее реализации специализированное программное обеспечение Сервера, микропроцессорных узлов специализированных процессоров, АРМ Клиента и программные, программно-аппаратные интерфейсы.
Наличие всех перечисленных свойств и возможностей созданной мультипроцессорной системы адекватного моделирования в реальном времени ЭЭС с ААС, необходимых для надежного и эффективного решения обозначенных в диссертации важнейших задач их проектирования, исследования и эксплуатации, всесторонне, наглядно и убедительно подтверждены многочисленными результатами проведенных экспериментальных исследований и опытной эксплуатацией изготовленных экспериментальных образцов разработанной в рамках выполнения диссертационной работы
мультипроцессорной моделирующей системы реального времени ЭЭС с ААС, основные из которых, полученные при выполнении исследований для реальных энергообъектов и ЭЭС, представлены в материалах диссертации.