Оценка погрешности моделирования в испытательном комплексе «РЕТОМ»
|
Введение 5
1. Автоматика ликвидации асинхронного режима в энергосистеме 7
1.1 Асинхронный режим и причины его возникновения. Основные понятия 7
1.2 Выявление и ликвидации асинхронного режима 8
1.3 Автоматическая ликвидация асинхронного режима по замеру
сопротивления 11
Выводы по главе 1 17
2. Особенности моделирования энергетических систем в Matlab/Simulink 18
2.1 Моделирование установившихся и переходных режимов 18
2.2 Особенности параметризации отдельных элементов 20
2.3 Моделирование синхронных генераторов 22
Выводы по главе 2 26
3. Сравнение результатов моделирования асинхронного хода в ИК РЕТОМ и
Matlab/Simulink 27
3.1 Исходные данные 27
3.2 Исследовательский комплекс РЕТОМ 29
3.3 Разработка проверочных моделей в MATLAB/Simulink 32
3.3.1 Модель с двумя энергосистемами 32
3.3.2 Модели с эквивалентным генератором 35
3.4 Анализ и проверка результатов работы АЛАР 43
Выводы по главе 3 49
Заключение 50
Библиографический список 52
1. Автоматика ликвидации асинхронного режима в энергосистеме 7
1.1 Асинхронный режим и причины его возникновения. Основные понятия 7
1.2 Выявление и ликвидации асинхронного режима 8
1.3 Автоматическая ликвидация асинхронного режима по замеру
сопротивления 11
Выводы по главе 1 17
2. Особенности моделирования энергетических систем в Matlab/Simulink 18
2.1 Моделирование установившихся и переходных режимов 18
2.2 Особенности параметризации отдельных элементов 20
2.3 Моделирование синхронных генераторов 22
Выводы по главе 2 26
3. Сравнение результатов моделирования асинхронного хода в ИК РЕТОМ и
Matlab/Simulink 27
3.1 Исходные данные 27
3.2 Исследовательский комплекс РЕТОМ 29
3.3 Разработка проверочных моделей в MATLAB/Simulink 32
3.3.1 Модель с двумя энергосистемами 32
3.3.2 Модели с эквивалентным генератором 35
3.4 Анализ и проверка результатов работы АЛАР 43
Выводы по главе 3 49
Заключение 50
Библиографический список 52
Одним из наиболее тяжелых режимов работы электроэнергетических систем является асинхронный режим, который возникает в результате нарушения синхронной работы частей энергосистемы или генераторов различных электрических станций. В процессе асинхронного режима между несинхронно работающими частями энергосистемы возникают уравнительные токи, соизмеримые с токами короткого замыкания. Колебания напряжений и токов приводит к периодическим изменением перетоков активной и реактивной мощностей. Амплитуда изменения этих мощностей может существенно превышать перетоки нормальных режимов оборудования электропередачи и генераторов. Автоматика ликвидации асинхронно режима является одним из самых сложных видов противоаварийной автоматики электроэнергетических систем.
Важным этапом разработки устройств защиты является моделирование процессов в энергосистеме. Для этих целей создан целый ряд программных сред, позволяющих создавать модели аварии и получать результаты, позволяющие судить о ее влиянии на реальный объект. Модель строится на основе формул и допущений, в связи с чем, их применение при некоторых условиях может быть ограничено или недопустимо.
В настоящее время благодаря применению новых современных технологий и компьютерной техники фирмой «Динамика» (г. Чебоксары) были разработаны специальные испытательные системы «реле-томограф» (РЕТОМ) для проверки устройств релейной защиты и автоматики. Кроме этого, последние версии этих испытательных систем позволяют производить моделирование на персональном компьютере переходных процессов при различных режимах энергосистемы и на основе полученных результатов производить проверку работы защит. Остается актуальным вопрос изучения допущений моделей, предложенных в РЕТОМ и, в связи с этим, область их применения и адекватность результатов.
Целью работы является оценка погрешности моделирования режима асинхронного хода в испытательном комплексе РЕТОМ путем создания проверочной модели в Matlab/Simulink.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1) Рассмотреть принцип действия АЛАР, параметры, необходимые для ее работы и выявить критерии сравнения результатов моделирования асинхронного хода.
2) Проанализировать, как осуществляется моделирование в комплексе РЕТОМ, а именно, какие параметры необходимо задать и по каким зависимостям идет расчет токов и напряжений. Используя исходные данные, провести моделирование асинхронного хода в комплексе РЕТОМ, получить диаграммы токов и напряжений, Z- диаграмму.
3) Осветить особенности моделирования в среде Matlab/Simulink. Собрать в ней проверочную модель заданной сети, сверить исходный режим. Рассмотреть варианты моделирования, при которых можно выполнить асинхронный ход. Получить диаграммы токов и напряжений.
4) Сравнить полученные в ходе моделирования результаты из РЕТОМ и Matlab/Simulink по установленным ранее критериям, сделать выводы о различии подходов при работе в этих программах для данной работы.
Материалы, изложенные в работе, были освещены в следующих публикациях:
1) Зарудная А.П., Горшков К.Е. Особенности применения пакета Matlab/Simulink для анализа статической устойчивости синхронных генераторов в энергосистеме / А.П. Зарудная, К.Е. Горшков // Вестник ЮУрГУ.- 2017.- Т.17. - №3. - С.43-54.
2) Зарудная А.П., Горшков К.Е. Особенности моделирования синхронных генераторов в пакете Matlab/Simulink / А.П. Зарудная, К.Е. Горшков // Материалы VIII Международной молодёжной научно-технической конференции "Электроэнергетика глазами молодёжи - 2017". - Том. 2. - С.211-214.
Важным этапом разработки устройств защиты является моделирование процессов в энергосистеме. Для этих целей создан целый ряд программных сред, позволяющих создавать модели аварии и получать результаты, позволяющие судить о ее влиянии на реальный объект. Модель строится на основе формул и допущений, в связи с чем, их применение при некоторых условиях может быть ограничено или недопустимо.
В настоящее время благодаря применению новых современных технологий и компьютерной техники фирмой «Динамика» (г. Чебоксары) были разработаны специальные испытательные системы «реле-томограф» (РЕТОМ) для проверки устройств релейной защиты и автоматики. Кроме этого, последние версии этих испытательных систем позволяют производить моделирование на персональном компьютере переходных процессов при различных режимах энергосистемы и на основе полученных результатов производить проверку работы защит. Остается актуальным вопрос изучения допущений моделей, предложенных в РЕТОМ и, в связи с этим, область их применения и адекватность результатов.
Целью работы является оценка погрешности моделирования режима асинхронного хода в испытательном комплексе РЕТОМ путем создания проверочной модели в Matlab/Simulink.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1) Рассмотреть принцип действия АЛАР, параметры, необходимые для ее работы и выявить критерии сравнения результатов моделирования асинхронного хода.
2) Проанализировать, как осуществляется моделирование в комплексе РЕТОМ, а именно, какие параметры необходимо задать и по каким зависимостям идет расчет токов и напряжений. Используя исходные данные, провести моделирование асинхронного хода в комплексе РЕТОМ, получить диаграммы токов и напряжений, Z- диаграмму.
3) Осветить особенности моделирования в среде Matlab/Simulink. Собрать в ней проверочную модель заданной сети, сверить исходный режим. Рассмотреть варианты моделирования, при которых можно выполнить асинхронный ход. Получить диаграммы токов и напряжений.
4) Сравнить полученные в ходе моделирования результаты из РЕТОМ и Matlab/Simulink по установленным ранее критериям, сделать выводы о различии подходов при работе в этих программах для данной работы.
Материалы, изложенные в работе, были освещены в следующих публикациях:
1) Зарудная А.П., Горшков К.Е. Особенности применения пакета Matlab/Simulink для анализа статической устойчивости синхронных генераторов в энергосистеме / А.П. Зарудная, К.Е. Горшков // Вестник ЮУрГУ.- 2017.- Т.17. - №3. - С.43-54.
2) Зарудная А.П., Горшков К.Е. Особенности моделирования синхронных генераторов в пакете Matlab/Simulink / А.П. Зарудная, К.Е. Горшков // Материалы VIII Международной молодёжной научно-технической конференции "Электроэнергетика глазами молодёжи - 2017". - Том. 2. - С.211-214.
Данная работа посвящена исследованиям, связанным устойчивостью электроэнергетической системы. Рассмотрены понятия по теме устойчивость, причины и последствия возникновения асинхронного режима. Такой режим опасен для работы энергосистемы, поэтому его необходимо выявлять и предотвращать. А если он все-таки появился, то ликвидировать.
Для этих целей был создан целый комплекс противоаварийной автоматики. В случае, если автоматика предотвращения нарушения устойчивости не оказалась эффективной и асинхронный режим все-таки возник, то аварию должна ликвидировать автоматика АЛАР.
В нормативных документах можно найти требования, предъявляемые к данной автоматике. Существует несколько устройств АЛАР, которые отвечают этим требованиям и успешно используются на практике. Их принципы действия несколько отличаются, у каждого из видов есть свои плюсы и минусы. Наибольшее распространение получили АЛАР по дистанционному принципу, поскольку его применение более универсально и подходит для различных конфигураций системы, однако параметризация весьма непроста.
На этапе разработки устройства защиты и автоматики важно исследовать его поведение при различных возмущениях. Для этих целей эффективен метод моделирования переходных процессов в созданных для этих целей программах. Таких программ в настоящее время существует множество, они используют разные методы и оперируют разными формулами. Наиболее распространенной является среда Matlab/Simulink. Она содержит большую библиотеку моделей элементов электроэнергетики и позволяет решать множество задач, в том числе вопросы исследования устойчивости энергосистемы. Как и во всех программах, моделирование в Matlab/Simulink имеет ряд особенностей, которые необходимо учитывать при работе для получения корректных результатов.
Наиболее распространенным комплексом для испытания защит является исследовательский комплекс РЕТОМ. В последних версиях этого комплекса представлена возможность моделирования сети при различных анормальных режимах, в том числе и асинхронный режим. Это дает возможность использования комплекса на этапе разработки устройства защиты. Представляет интерес точность моделирования и область применения модели ИК РЕТОМ.
Для достижения цели исследования был проведен анализ модели ИК РЕТОМ, формулы, по которой производится расчет. Проведено моделирование и получены кривые тока и напряжения, а также годограф сопротивления. Для оценки точности в среде Matlab/Simulink было построено три проверочные модели, каждая из которых отличается по составу элементов и способе достижения асинхронного хода. Анализ токов и напряжений выявил значительную погрешность в области минимальных значений тока и пренебрежимо малую в области максимальных значений. В зону работы АЛАР попадает только зона максимальных значений, поэтому полученная погрешность мало влияет на работу устройства. Большое значение имеет время прохождения годографа сопротивления через зоны срабатывания разных исполнительных органов АЛАР. На это время влияют инерционные свойства системы, которые в РЕТОМ учитываются параметром времени вхождения в асинхронный режим, а в модели Matlab/Simulink - момент инерции и коэффициент демпфирования. Такие разные подходы имеют право на существование, но при этом ограничивают область применения моделей.
Для этих целей был создан целый комплекс противоаварийной автоматики. В случае, если автоматика предотвращения нарушения устойчивости не оказалась эффективной и асинхронный режим все-таки возник, то аварию должна ликвидировать автоматика АЛАР.
В нормативных документах можно найти требования, предъявляемые к данной автоматике. Существует несколько устройств АЛАР, которые отвечают этим требованиям и успешно используются на практике. Их принципы действия несколько отличаются, у каждого из видов есть свои плюсы и минусы. Наибольшее распространение получили АЛАР по дистанционному принципу, поскольку его применение более универсально и подходит для различных конфигураций системы, однако параметризация весьма непроста.
На этапе разработки устройства защиты и автоматики важно исследовать его поведение при различных возмущениях. Для этих целей эффективен метод моделирования переходных процессов в созданных для этих целей программах. Таких программ в настоящее время существует множество, они используют разные методы и оперируют разными формулами. Наиболее распространенной является среда Matlab/Simulink. Она содержит большую библиотеку моделей элементов электроэнергетики и позволяет решать множество задач, в том числе вопросы исследования устойчивости энергосистемы. Как и во всех программах, моделирование в Matlab/Simulink имеет ряд особенностей, которые необходимо учитывать при работе для получения корректных результатов.
Наиболее распространенным комплексом для испытания защит является исследовательский комплекс РЕТОМ. В последних версиях этого комплекса представлена возможность моделирования сети при различных анормальных режимах, в том числе и асинхронный режим. Это дает возможность использования комплекса на этапе разработки устройства защиты. Представляет интерес точность моделирования и область применения модели ИК РЕТОМ.
Для достижения цели исследования был проведен анализ модели ИК РЕТОМ, формулы, по которой производится расчет. Проведено моделирование и получены кривые тока и напряжения, а также годограф сопротивления. Для оценки точности в среде Matlab/Simulink было построено три проверочные модели, каждая из которых отличается по составу элементов и способе достижения асинхронного хода. Анализ токов и напряжений выявил значительную погрешность в области минимальных значений тока и пренебрежимо малую в области максимальных значений. В зону работы АЛАР попадает только зона максимальных значений, поэтому полученная погрешность мало влияет на работу устройства. Большое значение имеет время прохождения годографа сопротивления через зоны срабатывания разных исполнительных органов АЛАР. На это время влияют инерционные свойства системы, которые в РЕТОМ учитываются параметром времени вхождения в асинхронный режим, а в модели Matlab/Simulink - момент инерции и коэффициент демпфирования. Такие разные подходы имеют право на существование, но при этом ограничивают область применения моделей.
