Всережимная верификация расчётов при анализе динамической устойчивости электроэнергетических систем
Аннотация
Основным условием надёжности и живучести электроэнергетических систем является её ди намическая устойчивость. Анализ динамической устойчивости – чрезвычайно сложная задача, для решения которой используются результаты численного интегрирования дифференциальных уравне ний, образующих математическую модель энергосистемы. Однако математическая модель энерго системы большой размерности содержит жесткую нелинейную систему дифференциальных урав нений чрезвычайно высокого порядка. Такая система аналитически не решается. Для улучшения обусловленности математической модели энергосистемы при численном интегрировании неизбеж но применяют упрощения и ограничения, снижающие полноту и достоверность получаемых резуль татов. В связи c этим возникает необходимость их верификации. Наиболее надежным способом верификации является сравнение результатов моделирования с натурными данными. Однако при емлемая для верификации совокупность натурных данных нереализуема в обозримой перспективе ввиду очевидного огромного разнообразия режимов энергосистемы, а также возмущений, приводя щих к нарушению динамической устойчивости. В статье предлагается альтернативный подход к верификации: использование адекватного модельного эталона вместо натурных данных. В качестве модельного эталона используется экспериментальный образец, обладающий необходимыми свойствами и возможностями. Для выполнения верификации разработана соответствующая последовательность действий. Реализуемость предлагаемого подхода наглядно проиллюстрирована экспе риментальными исследованиями.
Литература
1. Холл Дж., Уатт Дж. Современные численные методы решения обыкновенных дифференциальных уравнений. Пер. с англ., под ред. А.Д. Горбунова. М.: Мир, 1979, 312 с.
2. Watson N., Arrillaga J. Power systems electromagnetic transients simulation, 2nd edn. London, UK: The Institution of Engineering and Technology, 2007, 449 p.
3. Бородулин, М.Ю., Дижур Д.П., Кадомский Д.Е.Точность численного интегрирования дифференциальных уравнений, описывающих переходные процессы в электрических цепях. – Электричество, 1988, № 6, c. 46–51.
4. IEEE Working group on understanding, prediction, mitigation and restoration of cascading failures. Benchmarking and validation of cascading failure analysis tools. – IEEE Transactions on power systems, 2016, vol. 31(6), pp. 4887–4900.
5. Pan European Grid Advanced Simulation and State Estimation [Online]. (дата обращения 20.9.2020).
6. Overholt, P., Kosterev D., Eto J., Yang S., Lesieutre B. Improving reliability through better models: using synchrophasor data to validate power plant models. – IEEE Power and Energy Magazine, 2014, vol. 12 (3), pp. 44–51.
7. Материалы Проекта синхронного объединения энергосистем IPS/UPS и UCTE [Электрон. ресурс] http://so-ups.ru/index.php?id=ips_ups_ucte (дата обращения 20.9.2020).
8. Kosterev D., Taylor C., Mittelstadt W. Model validation for the August 10, 1996 WSCC System Outage. – EEE Transactions on Power Systems, 1999, vol. 14(3), pp. 967–979.
9. Huang, Z., Nguyen T, Kosterev D., Guttromson R. Model validation of power system components using hybrid dynamic simulation. – IEEE Transmission and Distribution Conference and Exhibition. Dallas, USA, 2006, pp. 1–8.
10. Kosterev D. Hydro turbine-governor model validation in Pacific Northwest. – IEEE Transactions on power systems, 2004, vol. 19 (2), pp.1144–1149.
11. Ramasubramanian D., Yu Z., Ayyanar R., Vittal V., Undrill J. Converter model for representing converter interfaced generation in large scale grid simulations. – IEEE Transactions on Power Systems, 2017, vol. 32(1), pp. 765–773.
12. Андреев М.В., Боровиков Ю.С., Гусев А.С., Сулайманов А.О., Суворов А.А, Рубан Н.Ю., Уфа Р.А. Концепция и базовая структура всережимного моделирующего комплекса. – Газовая промышленность, 2017, № 5 (752), c. 18–27.
13. Andreev M., Gusev A., Ruban N., Suvorov A., Ufa R., Askarov A., Bems J., Kralik T. Hybrid Real-Time Simulator of Large-Scale Power Systems. – IEEE Transactions on Power Systems, 2019, vol. 34 (2), pp. 1404–1415.
14. Suvorov A., Gusev A., Andreev M., Askarov A.The novel approach for electric power system simulation tools validation. – Electrical Engineering, 2019, vol. 101 (2), pp. 457–466.
15. Chen Y., Dinavahi V. Multi-FPGA digital hardware design for detailed large-scale real-time electromagnetic transient simulation of power system. – IET Generation, Transmission and Distribution, 2013, vol. 7(5), pp. 451-463.
16. Суворов А.А., Гусев А.С., Андреев М.В., Ставицкий С.А. Проблема достоверности расчетов токов коротких замыканий в электроэнергетических системах и средства их всережимной верификации. – Известия Российской академии наук. Энергетика, 2018, № 2, c. 13–25.
#
1. Hall J., Watt J. Sovremennye chislennye metody resheniya obyknovennyh differentsial’nybh uravneniy (Modem numerical methods for solving ordinary differential equations) / Edited by A.D. Gorbunov, Moscow: Mir, 1979, 312 p.
2. Watson N., Arrillaga J. Power systems electromagnetic transients simulation, 2nd edn. London, UK: The Institution of Engineering and Technology, 2007, 449 p.
3. Borodulin, M.Yu., Dizhur, D.P., Kadomsky, D.E. Elektrichestvo — in Russ. (Electricity), 1988, No. 6, pp. 46-51.
4. IEEE Working group on understanding, prediction, mitigation and restoration of cascading failures. Benchmarking and validation of cascading failure analysis tools. — IEEE Transactions on power systems, 2016, vol. 31(6), pp. 4887-4900.
5. Pan European Grid Advanced Simulation and State Estimation [Electron Resource] (Date of appeal 20.9.2020).
6. Overholt, P., Kosterev D., Eto J., Yang S., Lesieutre B. Improving reliability through better models: using synchrophasor data to validate power plant models. - IEEE Power and Energy Magazine, 2014, vol. 12 (3), pp. 44-51.
7. Materials of the project of synchronous integration of IPS/UPS and UCTE power systems [Electron Resource] http://so-ups.ru/index.php7idHps_ups_ucte (Date of appeal 20.9.2020).
8. Kosterev D., Taylor C., Mittelstadt W. Model validation for the August 10, 1996 WSCC System Outage. -IEEE Transactions on Power Systems, vol 1999, 14(3), pp. 967-979.
9. Huang, Z., Nguyen T., Kosterev D., Guttromson R. Model validation of power system components using hybrid dynamic simulation. - IEEE Transmission and Distribution Conference and Exhibition. Dallas, USA, 2006, pp. 1-8.
10. Kosterev D. Hydro turbine-governor model validation in Pacific Northwest. - IEEE Transactions on power systems, 2004, vol. 19 (2), pp.1144—1149.
11. Ramasubramanian D., Yu Z., Ayyanar R., Vittal V., Undrill J. Converter model for representing converter interfaced generation in large scale grid simulations. - IEEE Transactions on Power Systems, 2017, vol. 32(1), pp. 765—773.
12. Andreev M.V., Borovikov Yu.S., Gusev A.S., Sulaimanov A.O., Suvorov A.A., Ruban N.Yu., Ufa R.A. Gazovaya promyshlennost’ — in Russ. (Gas industry), 2017, No. 5 (752), pp. 18—27..
13. Andreev M., Gusev A., Ruban N., Suvorov A., Ufa R., Askarov A., Bems J., Kralik T. Hybrid Real-Time Simulator of Large-Scale Power Systems. — IEEE Transactions on Power Systems, 2019, vol. 34 (2), pp. 1404—1415.
14. Suvorov A., Gusev A., Andreev M., Askarov A. The novel approach for electric power system simulation tools validation. — Electrical Engineering, 2019, vol. 101 (2), pp. 457—466.
15. Chen Y., Dinavahi V. Multi-FPGA digital hardware design for detailed large-scale real-time electromagnetic transient simulation of power system. — IET Generation, Transmission and Distribution, 2013, vol. 7(5), pp. 451-463.
16. Suvorov A.A., Gusev A.S., Andreev M.V., Stavitsky S.A. Izvestiya Rossiyskoy academii nauk. Energetika — in Russ. (Proceedings of the Russian Academy of Sciences. Energetika), 2018, No. 2, pp. 13—25.
