Исследование влияния отклонений параметров моделей синхронных генераторов на результаты расчета динамической устойчивости электроэнергетической системы
В.Р. Рафиков, И.Е. Иванов, А.Ю. Мурзин
Вестник ИГЭУ, 2024 г. выпуск 5, сс. 52—65
Скачать PDF
Состояние вопроса. Важнейшей задачей, решаемой при планировании и управлении режимами электроэнергетических систем, является расчет их динамической устойчивости. Использование некорректных значений параметров моделей элементов электроэнергетических систем, в частности синхронных генераторов, способствует возникновению погрешностей при определении областей допустимых режимов работы энергосистем и, как следствие, может привести к снижению надежности функционирования электроэнергетических систем. В связи с этим является актуальным исследование влияния отклонений значений параметров моделей синхронных генераторов от их эталонных величин на погрешности расчета динамической устойчивости электроэнергетических систем. Проводимый анализ позволяет обосновать актуальность задачи идентификации фактических параметров моделей генерирующего оборудования с использованием технологий «пассивного эксперимента», таких как синхронизированные векторные измерения.
Материалы и методы. При решении поставленных задач использованы положения теории электрических цепей, электрических машин и переходных процессов в электроэнергетических системах, а также статистического анализа. Вычислительные эксперименты осуществлены в программном комплексе MATLAB с использованием среды имитационного моделирования Simulink. В ходе анализа использованы две различные схемы многомашинных электроэнергетических систем, в частности девятиузловая схема «IEEE 9-bus». Для количественной оценки влияния параметров синхронных генераторов на результаты расчета динамической устойчивости определены значения предельно допустимого времени существования короткого замыкания по условию сохранения динамической устойчивости, а также значения предельной загрузки генерирующего оборудования в доаварийном режиме при заданном возмущающем воздействии.
Результаты. Выполнен комплексный анализ влияния отклонений параметров моделей синхронных генераторов на результаты расчета предельного времени существования короткого замыкания по условию сохранения динамической устойчивости электроэнергетических систем, а также на результаты расчета предельной загрузки генерирующего оборудования в доаварийном режиме по условию сохранения динамической устойчивости электроэнергетических систем при коротком замыкании. Рассмотрены два подхода, в рамках каждого из которых автоматически осуществлен расчет динамической устойчивости электроэнергетических систем и определены количественные показатели влияния отклонений параметров моделей синхронных генераторов от эталона на результаты расчета динамической устойчивости.
Выводы. Анализ результатов вычислительных экспериментов продемонстрировал наличие существенного влияния отклонений значений параметров моделей синхронных генераторов от их актуальных величин на погрешности расчета динамической устойчивости электроэнергетических систем. Для рассмотренных сценариев разброс погрешностей расчета значений предельного времени существования короткого замыкания по условию сохранения динамической устойчивости достигает 100 % относительно эталона, а разброс результатов расчета предельной загрузки генерирующего оборудования в исходном доаварийном режиме по условию сохранения динамической устойчивости при заданном возмущающем воздействии может достигать 20 % относительно эталона.
1. Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах: учебник для электротехнических и энергетических вузов и факультетов. – 2-е изд., стер. – М., 2010. – 519 с.
2. Веников В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах. – М.: Высш. шк., 1985. – 536 с.
3. Kundur P. Power System Stability and Control. – New York: McGraw-Hill, 1994.
4. Sauer P.W., Pai M.A., & Chow J.H. Power System Dynamics and Stability: With Synchrophasor Measurement and Power System Toolbox. (2 ed.) – Hoboken, NJ, USA: Wiley–IEEE Press, 2017.
5. SG parameters estimation based on synchrophasor data / B. Ahmadzadeh-Shooshtari, R. Torkzadeh, M. Kordi, et al. // IET Generation, Transmission & Distribution. – July 2018. – Vol. 12, no. 12. – P. 2958–2967.
6. Kyriakides E.E., Heydt G.T., Vittal V. On-line estimation of synchronous Generator parameters using a damper current observer and a graphic user inter-face // IEEE Transactions on Energy Conversion. – September 2004. – Vol. 19, no. 3. – P. 499–507. DOI:10.1109/TEC.2004.832057.
7. Hadi Saadat. Power System Analysis (Milwaukee School of Engineering). – WCB/McGraw-Hill, 1999.
8. Шевцова А.А., Иванов И.Е. Автоматизированное исследование динамической устойчивости электроэнергетической системы с несколькими генерирующими узлами // Электроэнергетика: тез. докл. XVIII всерос. (X Междунар.) науч.-техн. конф. студ., асп. и молодых ученых, посвященной 75-летию теплоэнергетического факультета. В 7 т. Т. 3, Иваново, 16–18 мая 2023 г. – Иваново, 2023. – С. 19.
9. Чудинов Ю.А., Иванов И.Е. Сравнительный анализ паспортных данных синхронных генераторов на предмет разброса расчетных параметров их моделей // Электроэнергетика: материалы XVII Всерос. (IX Междунар.) науч.-техн. конф. студ., асп. и молодых ученых. В 6 т., Иваново, 11–13 мая 2022 г. – Иваново, 2022. – С. 26.
10. Переходные процессы в электроэнергетических системах: учебник / И.П. Крючков, В.А. Старшинов, Ю.П. Гусев, М.В. Пираторов. – М.: НИУ МЭИ, 2018. – 396 с.
11. IEEE Recommended Practice for Excitation System Models for Power System Stability Studies. – IEEE Std 421.5-2005 (Revision of IEEE Std 421.5-1992). – 21 April 2006. Р. 1–93. DOI: 10.1109/IEEESTD.2006.99499.
12. Pourbeik P., Chown G., Feltes J. Dynamic Models for Turbine-Governors in Power System Studies. – IEEE Technical Report PES-TR1, 2013.