Русская версия English version

Проблема верификации средств моделирования электроэнергетических систем и концепция ее решения

А.А. Суворов, А.С. Гусев, А.О. Сулайманов, М.В. Андреев

Вестник ИГЭУ, 2017 г. выпуск 1, сс. 11—23

Скачать PDF

Аннотация на русском языке: 

Состояние вопроса: Решение актуальных для электроэнергетики задач проектирования, исследования и эксплуатации энергосистем основывается на использовании полной и достоверной информации о процессах в оборудовании и энергосистеме в целом. Ввиду известной специфики энергосистем, основным способом получения такой информации является математическое моделирование. Однако доминирующее сугубо численное моделирование и различные программно-вычислительные комплексы его реализации далеко не всегда обеспечивают необходимую полноту и достоверность указанной информации в связи с неизбежно возникающей необходимостью применять весьма существенные упрощения и ограничения. В связи с чем особо важной и обязательной становится верификация этих средств.

Материалы и методы: Для верификации в качестве источника данных использовано созданное гибридное средство моделирования энергосистем, в котором на аналоговом уровне для методически точного решения математических моделей оборудования и энергосистемы в целом используется непрерывный неявный метод интегрирования, для воспроизведения всевозможных продольных и поперечных коммутаций, а также для естественного формирования узлов моделируемых трехфазных схем используется физический уровень, а задание параметров и управление моделированием в целом осуществляются на цифровом уровне.

Результаты: Представлены результаты выявления и анализа причин существования проблемы достоверности и верификации цифровых средств моделирования энергосистем, связанных с численным интегрированием жестких нелинейных систем дифференциальных уравнений большой размерности. Разработана концепция верификации средств моделирования энергосистем, основанная на использовании гибридного средства моделирования, позволяющая осуществить верификацию на основе данных только квазиустановившихся режимов, полученных от оперативно-информационных комплексов.

Выводы: В рамках одностороннего численного подхода к моделированию проблема верификации неразрешима из-за отсутствия в обозримой перспективе необходимых натурных данных для всего значимого спектра режимов и процессов. Единственным способом решения проблемы является использование средств моделирования, позволяющих получить необходимый объем данных, эквивалентных натурным.

Ключевые слова: электроэнергетические системы, реальное время, теория методов дискретизации, обыкновенные дифференциальные уравнения, верификация, мультипроцессорная гибридная система, оперативно-информационный комплекс.

Список литературы на русском языке: 
  1.  Ретроспективный анализ работы устройств РЗА в ЕНЭС / В.А. Кузьмичев, Е.В. Коновалова, С.Н. Сахаров, А.Ю. Захаренков // Релейная защита и автоматизация. – 2012. – № 01(06). – С. 60–65.
  2.  Воропай Н.И., Саратова Н.Е. Анализ статистики отказов РЗА на микропроцессорной базе с точки зрения их учета при моделировании каскадных аварий: доклады III Междунар. науч.-техн. конф. «Энергосистема: управление, конкуренция, образование». – Екатеринбург, 2008. – С. 203–207.
  3.  Atputharajah A., Saha T. Power system blackouts – Literature review: proceedings of 4-th Int. Conf. Ind. Inf. Syst. – Sri Lanka, 2009. – P. 460–465.
  4.  Horowitz S., Phadke A. Blackouts and relaying considerations – Relaying philosophies and the future of relay systems // IEEE Power Energy Mag. – 2006. – Vol. 4, iss. 5. – P. 60–67.
  5.  Холл Д., Уатт Д. Современные численные методы решения обыкновенных дифференциальных уравнений: пер. с англ. / под ред. А.Д. Горбунова. – М.: Мир, 1979. – 312 с.
  6.  Бабушка И., Витасек Э., Прагер М. Численные процессы решения дифференциальных уравнений: пер. с англ. / под ред. Г.И. Марчука. – М.: Мир, 1969. – 368 с.
  7.  Вержбицкий В.М. Численные методы (математический анализ и обыкновенные дифференциальные уравнения). – М.: Высш. шк., 2001. – 382 с.
  8.  Хеминг Р.В. Численные методы: пер. с англ. / под ред. Р.С. Гутера. – М.: Наука, 1968. – 400 с.
  9.  Хайрер Э., Ваннер Г. Решение обыкновенных дифференциальных уравнений. Жесткие и алгебро-дифференциальные задачи: пер. с англ. – М.: Мир, 1999. – 612 с.
  10. Ракитский Ю.В., Устинов С.М., Черноруцкий И.Г. Численные методы решения жестких систем  – М.: Наука, 1979. – 208 с.
  11. Dahlquist G. Convergence and stability in the numerical integration of ordinary differential equations // Math. Scand. – 1956. – Vol. 4. – P. 33–53.
  12. Lambert J. Computational methods in ordinary differential equations. – New York: John Wiley and Sons, 1973. – 288 p.
  13. Погосян Т.А. Погрешность расчетов электромеханических переходных процессов в электрических системах // Электричество. – 1984. – № 3. – С. 54–56.
  14. Веников В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах. – М.: Высш. шк., 1985. – 536 с.
  15. 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.
  16. Kosterev D., Taylor C., Mittelstadt W. Model Validation for the August 10, 1996 WSCC System Outage // IEEE Transactions on Power Systems. – 1999. – Vol. 14., no. 3. – P. 967–979.
  17. Герасимов А.С., Есипович А.Х., Смирнов А.Н. Об опыте верификации цифровых и физических моделей энергосистем // Электрические станции. – 2010. – № 11. – С. 11–19.
  18. Верификация цифровых моделей ЕЭС/ОЭС / Б.И. Аюев, А.С. Герасимов, А.Х. Есипович, Ю.А. Куликов // Электричество. – 2008. – № 5. – С. 2–7.
  19. Kopse D., Rudez U., Mihalic R. Applying a wide-area measurement system to validate the dynamic model of a part of European power system // Electric Power Systems Research. – 2015. – Vol. 119. – P. 1–10.
  20. Гусев А.С., Хрущев Ю.В., Гурин С.В. Модели синхронных и асинхронных электрических машин для всережимного моделирования электроэнергетических систем // Известия вузов. Электромеханика. – 2009. – № 6. – С. 14–22.
  21. Сулайманов А.О., Боровиков Ю.С., Гусев А.С. Гибридное моделирование линии электропередачи с распределенными параметрами с учетом электромагнитного взаимовлияния // Электричество. – 2013. – № 3. – С. 63–69.
  22. Гусев А.С., Суворов А.А., Сулайманов А.О. Программно-технические средства всережимного моделирования в реальном времени управляемых шунтирующих реакторов в электроэнергетических системах // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 1. – URL: http://www.science-education.ru/125-19879 (дата обращения: 23.06.2015).
  23. Груздев И.А., Кадомская К.П., Кучумов Л.А. Применение аналоговых вычислительных машин в энергетических системах. Методы исследования переходных процессов / под ред. Н.И. Соколова. – Изд. 2-е, перераб. и доп. – М.: Энергия, 1970. – 400 с.
  24. Караев Р.И. Переходные процессы в линиях большой протяженности. – М.: Энергия, 1978. – 191 с.
  25. Гусев А.С. Концепция и средства всережимного моделирования в реальном времени электроэнергетических систем // Известия вузов. Проблемы энергетики. – 2008. – № 9.10/1. – С. 164–170.
  26. Боровиков Ю.С., Гусев А.С., Сулайманов А.О.  Принципы построения средств всережимного моделирования в реальном времени энергосистем // Электричество. – 2012. – № 6. – C. 10–13.
  27. Всережимное моделирование в реальном времени перенапряжений в электроэнергетических системах / Ю.С. Боровиков, А.С. Гусев, А.О. Сулайманов, М.В. Андреев // Автоматизация в промышленности. – 2014. – № 7. – С. 17–21.
  28. Боровиков Ю.С., Сулайманов А.О., Гусев А.С. Повышение точности моделирования процессов самозапуска электродвигателей для релейной защиты и автоматики // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. – 2011. – № 6. – С. 77–80.
  29. Исследование влияния управляемых шунтирующих реакторов на режимы работы системы электроснабжения Эльгинского горнодобывающего комбината / М.В. Андреев, Ю.С. Боровиков, А.С. Гусев и др. // Известия Томского политехнического университета. – 2016. – Т. 327, №7. – С. 46–57.
Ключевые слова на русском языке: 
электроэнергетические системы, реальное время, теория методов дискретизации, обыкновенные дифференциальные уравнения, верификация, мультипроцессорная гибридная система, оперативно-информационный комплекс
Ключевые слова на английском языке: 
electric power systems, real time, theory of discretization techniques, ordinary differential equations, verification, multiprocessor hybrid system, operating and informational system
Индекс DOI: 
10.17588/2072-2672.2017.1.011-023
Количество скачиваний: 
49