Историко-научные аспекты развития подходов к моделированию динамических процессов в энергосистемах
Введение
Одной из основных тенденций развития мировой энергетики было и является постепенное объединение на параллельную работу существующих и вновь сооружаемых электростанций. Еще на ранних этапах развития отрасли стало понятно, что такое решение позволяет повысить надежность электроснабжения потребителей, обеспечить резервирование различных частей энергосистемы между собой, снизить необходимые резервы мощности и повысить общую экономическую эффективность. Тем не менее, подобный путь имеет и несколько недостатков, основной из которых связан с главной особенностью электроэнергетики, а именно одновременностью производства, передачи и потребления электрической энергии. Это приводит к тому, что в разукрупненных сетях имеется опасность лавинного (каскадного) развития аварий, перерастание их в так называемые «системные аварии», приводящие к отключению значительного числа потребителей, существенным экономическим потерям и трудозатратам необходимым для восстановления нормальной работы энергосистемы. Одно из средств предотвращения развития подобных аварий является возможность превентивной проверки условий их возникновения. Очевидно, что проведение натурных испытаний на реальной энергосистеме влечет за собой огромные риски. В связи с этим остро встает вопрос применения различного рода моделей.
Содержание
Введение 3
1. Разновидности моделей и моделируемых процессов 5
1.1. Классификация моделей 5
1.2. Разновидности моделируемых в энергосистемах процессов 6
2. Развитие методов моделирования динамических процессов в энергосистемах 8
2.1. Предыстория и аналитическое математическое моделирование 8
2.2. Переход к имитационному моделированию 13
2.3. Необходимость применения физических моделей 14
2.4. Системы моделирования в режиме реального времени 17
2.5. Проблема качества математического моделирования и оценки достоверности результатов 20
Заключение 25
Список использованных источников 27
Список использованных источников
1. Заболотский, В.П. Математические модели в управлении: учеб. пособие / В.П. Заболотский, А.А. Оводенко, А.Г. Степанов. – СПб.: Изд-во СПбГУАП, 2001. – 196 с.
2. Мадаев, С. Р. Моделирование как важная составляющая в современной науке / С. Р. Мадаев // Системные технологии. 2015. № 16. С. 95—103.
3. Бабина О.И. Сравнительный анализ имитационных и аналитических моделей // Имитационное моделирование, 2009. С. 73-77.
4. Корешкова И. А. История математического моделирования и технологии вычислительного эксперимента // Научные исследования в образовании. 2009. №4.
5. Харламова Т.Е. История науки и техники. Электроэнергетика: Учебное пособие. - СПб.: СЗТУ, 2006. - 126 с.
6. B. L. Stuart, "Simulating the ENIAC [Scanning our Past]," in Proceedings of the IEEE, vol. 106, no. 4, pp. 761-772, April 2018.
7. Математические модели в управлении: Учеб. Пособие / СПбГУАП. СПб., 2001. 196 с.: ил. ISBN 5-8088-0063-3.
8. Dommel H.W. “Digital Computer Solution of Electromagnetic Transients in Single-and Multiphase Networks”, IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, April 1969.
9. Неуймин Я.Г. Модели в науке и технике. История, теория, практика. Л.: Наука, 1984. 189 с.
10. C. Sulzberger. Pearl Street in Miniature: models of the electric generating station / IEEE Power & Energy Magazine. Vol. 11, no. 2. Retrieved September 8, 2020.
11. Кощеев Л. А. История НИИПТ – НТЦ ЕЭС: 1945 – 2015 / Л. А. Кощеев // Известия НТЦ Единой энергетической системы. – 2015. – № 72. – С. 6-19.
12. Герасимов А. С. Экспериментально-исследовательский центр «Электродинамика» – вчера, сегодня, завтра! / А.С. Герасимов // Известия НИИ постоянного тока. – 2010. – № 64. – С. 311–315.
13. Законьшек Я. Краткая история моделирования в реальном времени энергетических систем / Я. Законьшек // Релейщик. -2014. -№2 (18). – С. 20-23.
14. Kuffel, R. RTDS - a fully digital power system simulator operating in real time / R. Kuffel, J. Giesbrecht, T. Maguire, R.P. Wierckx, P. McLaren // First International Conference Digital Power System Simulators (ICDS 1995). - Singapore, Singapore. - 1995. - P. 19.
15. Аскаров А.Б., Суворов А.А., Андреев М.В. Применение всережимного моделирующего комплекса для энергосистем с распределенной генерацией. iPolytech Journal. 2019;23(1):75-89.
16. Суворов А.А. Всережимная верификация средств моделирования электроэнергетических систем: дис. канд. техн. наук: 05.14.02. – Томск, 2018. – 122с.
17. R. O. Burnett, M. M. Butts and P. S. Sterlina, "Power system applications for phasor measurement units," in IEEE Computer Applications in Power, vol. 7, no. 1, pp. 8-13, Jan. 1994.
18. Смирнов А.Н. Верификация цифровых динамических моделей крупных энергообъединений по данным СМПР: дис... канд. техн. наук: 05.14.02. – Санкт-Петербург, 2013. – 202с.
19. Mittelstadt, W. A.; Hauer, J. F.; Krause, P. E.; Wilson, R. E.; Overholt, P. N. & Rizy, D. T., The doe wide area measurement system (wams) project - demonstration of dynamic information technology for the future power system, EPRI Conference on the Future of Power Delivery, Washington DC, 1995.
20. Western systems Coordinating Council (WSCC). Disturbance Report for the Power System Outage that Occurred on the Western Interconnection on August 10th, 1996 at 1548 PAST. – Salt Lake City: The Council, 1996. – 120 p.
21. Суворов Алексей Александрович, Гусев Александр Сергеевич, Сулайманов Алмаз Омурзакович, Андреев Михаил Владимирович Проблема верификации средств моделирования электроэнергетических систем и концепция ее решения // Вестник ИГЭУ. 2017. №1.
22. Stojsavljević, M., Nemec, D., Toljan, I. Monitoring of Power System Dynamics during Reconnection of 1st and 2nd UCTE Synchronous Zones / M. Stojsavljević // CIGRE Paris Session 2006.
23. Sattinger, W. Dynamic Modeling and Stability Calculations Approach / W. Sattinger // Proceedings of international scientific conference «Monitoring of Power System Dynamic Performance», CIGRE, Moscow, April 25-27, 2006.
Среди программных комплексов моделирования переходных режимов в замкнутом цикле наибольшее распространение в мире получил канадский комплекс Real Time Digital Simulator (RTDS). RTDS был разработан исследовательским центром HVDC Манитобы в Канаде в 80-х годах XX века. Основательная статья с описанием основных принципов построения симулятора RTDS вышла в свет в 1996 году [14]. В 1993 году была выпущена коммерческая версия, а годом позже создана компания RTDS Technologies Inc., деятельность которой связана с разработкой, сервисным обслуживанием и коммерциализацией комплекса. Стремительное распространение привело к тому, что к 2011 было установлено более 200 комплексов RTDS году по всему миру.
Структуру комплекса можно разделить на две части: аппаратная и программная. Аппаратная часть представляет собой шкафы одного из четырех типоразмеров, каждый из которых может содержать от одного до трех модулей. Каждый модуль содержит платы различного назначения. Общий размер RTDS вариативен и зависит от размеров моделируемой энергосистемы, а также объема решаемых задач. Программная часть также состоит из двух частей: RSCAD Software Suit – программный модуль для расчета переходного процесса, Power System Component Library – библиотека моделей элементов энергосистемы.