Горячко Всеволод Іванович. Математичні моделі елементів системи електропередачі

brief description

Горячко Всеволод Іванович. Математичні моделі елементів системи електропередачі: Дис... канд. техн. наук: 05.09.05 / Національний ун-т "Львівська політехніка". - Л., 2002. - 161арк. - Бібліогр.: арк. 144-158.

Горячко В.І. Математичні моделі елементів системи електропередачі . Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.05 теоретична електротехніка. Національний університет «Львівська політехніка», Львів, 2002.
Дисертація присвячена розробленню високоефективних математичних і цифрових моделей елементів системи елетропередачі. Запропоновано моделі автотрансформатора, трифазного трансформатора та синхронного турбо-генератора з використанням диференційних магнетних і диференційних електромагнетних параметрів на підставі геометричних і фізичних параметрів, з апроксимацією магнетних систем планарним колом. Для аналізу усталених режимів розроблено математичні моделі пришвидшеного пошуку шляхом розв’язання крайової задачі з періодичними умовами. У запропонованих моделях пришвидшеного пошуку усталених режимів обчислення фундаментальної матриці здійснено аналітичним і чисельним способом. Розроблені цифрові моделі елементів системи електропередачі впроваджено в діалоговий автоматизований комплекс аналізу режимів електроенергетичних систем ДАКАР.

1. Зважаючи на дедалі більше ускладнення режимів електропередач і систем керування ними, значно зростають вимоги щодо ефективності (в сенсі адекватності й економності) математичних моделей їх структурних елементів (ліній електропересилання, трансформаторів, автотрансформаторів, реакторів, синхронних генераторів).
2. На підставі наших досліджень установлено, що сучасним вимогам щодо оптимальної ефективності математичних моделей пристроїв із магнетними колами (ЕМА і ЕМП) найбільше відповідають математичні моделі, що ґрунтуються на використанні єдиного магнетного потоку (без його розділення на основний і потік розсіяння) з розбиванням відповідних магнетних систем на скінченні елементи й апроксимацією їх планарним колом. Цей метод (з використанням ДЕМП) розроблено вченими Львівської наукової школи електроенергетики ще на початку 70-х років минулого століття. Проте в зв’язку з недостатньою потужністю тогочасних комп’ютерів і їх систем, такі моделі не знайшли широкого застосування. Зараз це обмеження знімається, оскільки навіть комп’ютери широкого вжитку забезпечують необхідну ефективність таких моделей за компонентом економності.
3. В дисертації розвинено згаданий метод з використанням ДМП у координатах струмів віток і контурних магнетних потоків, що значно підвищує ефективність таких моделей щодо їх економності в сенсі машинного часу. Надіємося, цей метод знайде широке застосування передовсім під час моделювання окремих пристроїв (особливо обчислення їх статичних і динамічних характеристик). Це пояснюється тим, що невисокий порядок системи рівнянь електричного кола визначає незначну ширину обрамлення квазідіагональної матриці Якобі загальної цифрової моделі. Для такого випадку в дисертації розроблено та реалізовано варіант оптимізованого алгоритму Ґавсса.
4. На основі запропонованого методу розроблено високоефективні математичні та цифрові моделі аналізу перехідних процесів однофазного автотрансформатора, трифазної групи автотрансформаторів, трифазного тристрижневого трансформатора з використанням ДМП.
5. На підставі єдиного магнетного потоку (без розділення його на основний і потік розсіяння) з деталізацією магнетних систем та їх апроксимацією планарним колом удосконалено математичні та цифрові моделі аналізу перехідних процесів перелічених ЕМА з використанням ДЕМП у координатах струмів віток.
6. Розглядаючи магнетне поле синхронного турбогенератора як плоскопаралельне з корекцією його спотворення для чолових ділянок відповідним схемним елементом, розроблено математичні моделі такого генератора як електродинамічного пристрою з використанням ДМП і ДЕМП відповідно в координатах контурних магнетних потоків, струмів віток і кута обертання ротора та струмів і кута обертання ротора.
7. Запропоновано врахування втрат у сталі ЕМА та СТГ на підставі кривих питомих втрат з наступним поданням схемним елементом в їх електричних колах.
8. Структурні елементи системи електропередачі відзначаються високою добротністю. Тому усталення їх режимів шляхом прямого симулювання на загальних цифрових моделях є неефективним, зважаючи на те, що час симулювання непомірно зростає, а також падає його точність за рахунок кумуляції похибки. Цей недолік усунено на підставі застосування моделей із пришвидшеним пошуком усталених режимів на основі ітераційного інтегрування їх рівнянь з періодичними крайовими умовами.
9. З урахуванням наведених вище положень розроблено математичні та цифрові моделі з пришвидшеним пошуком усталених режимів елементів системи електропередачі з ДМП і ДЕМП відповідно в координатах контурних магнетних потоків і струмів та в координатах струмів. У цих моделях фундаментальну матрицю сформовано на підставі ітераційного чисельного й аналітичного визначення, що дало змогу отримати високоефективні математичні та цифрові моделі аналізу усталених режимів елементів системи електропередачі.
10. Всі моделі тестовано шляхом симулювання на цифрових моделях перехідних процесів і усталених режимів відповідних натурних елементів. Адекватність моделювання підтверджено на підставі порівняння паспортних даних конкретних пристроїв і їх обчислення за координатами симулювання відповідних режимів. Розбіжність між розрахунковими та паспортними даними лежить у межах менш 1 %, що дає повну підставу кваліфікувати розроблені моделі як високоточні.
11. Сформовані цифрові моделі елементів системи електропередачі втілено в діалоговий автоматизований комплекс ДАКАР, розроблений за наукового керівництва професора О. Скрипника. Цей комплекс, призначений для аналізу перехідних процесів і усталених режимів ЕЕС, успішно експлуатується в енергосистемах України та Росії.