📄Работа №200991
Тема: ВСЕРЕЖИМНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ
Характеристики работы
Тип работы
Диссертация
Предмет
Электротехника
Объем:
121 листов
Год:
2019
Просмотров:
83
700
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
ОГЛАВЛЕНИЕ 2
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1 ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ МЕХАНИЧЕСКИЙ МОМЕНТ ВЭУ 4
ТИПА 11
1.1 Аэродинамическое преобразование 11
1.2 Выводы по первой главе 23
ГЛАВА 2 КОНЦЕПЦИЯ ВСЕРЕЖИМНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ВЭУ 4 ТИПА
В ЭЭС, ПРИНЦИПЫ И СРЕДСТВА ЕЕ РЕАЛИЗАЦИИ 25
2.1 Проблематика существующих средств моделирования ЭЭС 25
2.2 Концепция и средства всережимного моделирования ВЭУ 4 типа в ЭЭС 26
2.3 Программно-аппаратная структура СГП ВЭУ 4 типа 29
2.4 Гибридный сопроцессор синхронного генератора ВЭУ 4 типа 30
2.5 Структурная схема СГП ВПТ 34
2.6 Гибридный сопроцессор фазного реактора 34
2.7 Цифроуправляемая физическая модель выпрямителя 35
2.8 Гибридный сопроцессор цепи постоянного тока 37
2.9 Цифроуправляемая физическая модель инвертора 39
2.10 Гибридный сопроцессор фильтра высших гармоник 40
2.11 Структура СГП трансформатора 41
2.12 Выводы по второй главе 43
ГЛАВА 3 ТЕСТОВЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СГП ВЭУ 4 ТИПА В ЭЭС 44
3.1 Тестирование модели ветра 44
3.2 Тестирование модели аэродинамического преобразования ВЭУ 45
3.3 Тестирование модели аэродинамического преобразования ВЭУ с системой
управления углом поворота лопастей 46
3.4 Тестовые исследования нагрузочных режимов 48
3.4.1 Номинальная мощность ВЭУ 49
3.4.2 Мощность ВЭУ 3,2 МВт 53
3.4.3 Мощность ВЭУ 1,5 МВт 57
3.5 Аварийные режимы работы ВЭУ 61
3.5.1 Осциллограммы при трехфазном коротком замыкании 63
3.5.2 Осциллограммы при однофазном коротком замыкании 65
3.5.3 Осциллограммы при междуфазном коротком замыкании 68
3.6 Выводы по третьей главе 72
ГЛАВА 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЭУ 4 ТИПА В ЭЭС 73
4.1 Мощность ВЭУ Рном = 2 МВт 74
4.2 Увеличение мощности ВЭУ 76
4.2 Аварийные режимы в ЭЭС 79
4.3.1 Режим трехфазного короткого замыкания на шинах 110 кВ узла
присоединения ВЭУ 80
4.3.2 Режим однофазного короткого замыкания на шинах 110 кВ узла
присоединения ВЭУ 83
4.3.4 Режим междуфазного короткого замыкания на шинах 110 кВ узла
присоединения ВЭУ 85
4.4 Выводы по четвертой главе 87
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 89
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 91
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 93
Приложение А. Параметры ВЭУ 103
Приложение Б. Аварийные режимы в ЭЭС 106
Приложение В. Патент на изобретение и свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1 ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ МЕХАНИЧЕСКИЙ МОМЕНТ ВЭУ 4
ТИПА 11
1.1 Аэродинамическое преобразование 11
1.2 Выводы по первой главе 23
ГЛАВА 2 КОНЦЕПЦИЯ ВСЕРЕЖИМНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ВЭУ 4 ТИПА
В ЭЭС, ПРИНЦИПЫ И СРЕДСТВА ЕЕ РЕАЛИЗАЦИИ 25
2.1 Проблематика существующих средств моделирования ЭЭС 25
2.2 Концепция и средства всережимного моделирования ВЭУ 4 типа в ЭЭС 26
2.3 Программно-аппаратная структура СГП ВЭУ 4 типа 29
2.4 Гибридный сопроцессор синхронного генератора ВЭУ 4 типа 30
2.5 Структурная схема СГП ВПТ 34
2.6 Гибридный сопроцессор фазного реактора 34
2.7 Цифроуправляемая физическая модель выпрямителя 35
2.8 Гибридный сопроцессор цепи постоянного тока 37
2.9 Цифроуправляемая физическая модель инвертора 39
2.10 Гибридный сопроцессор фильтра высших гармоник 40
2.11 Структура СГП трансформатора 41
2.12 Выводы по второй главе 43
ГЛАВА 3 ТЕСТОВЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СГП ВЭУ 4 ТИПА В ЭЭС 44
3.1 Тестирование модели ветра 44
3.2 Тестирование модели аэродинамического преобразования ВЭУ 45
3.3 Тестирование модели аэродинамического преобразования ВЭУ с системой
управления углом поворота лопастей 46
3.4 Тестовые исследования нагрузочных режимов 48
3.4.1 Номинальная мощность ВЭУ 49
3.4.2 Мощность ВЭУ 3,2 МВт 53
3.4.3 Мощность ВЭУ 1,5 МВт 57
3.5 Аварийные режимы работы ВЭУ 61
3.5.1 Осциллограммы при трехфазном коротком замыкании 63
3.5.2 Осциллограммы при однофазном коротком замыкании 65
3.5.3 Осциллограммы при междуфазном коротком замыкании 68
3.6 Выводы по третьей главе 72
ГЛАВА 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЭУ 4 ТИПА В ЭЭС 73
4.1 Мощность ВЭУ Рном = 2 МВт 74
4.2 Увеличение мощности ВЭУ 76
4.2 Аварийные режимы в ЭЭС 79
4.3.1 Режим трехфазного короткого замыкания на шинах 110 кВ узла
присоединения ВЭУ 80
4.3.2 Режим однофазного короткого замыкания на шинах 110 кВ узла
присоединения ВЭУ 83
4.3.4 Режим междуфазного короткого замыкания на шинах 110 кВ узла
присоединения ВЭУ 85
4.4 Выводы по четвертой главе 87
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 89
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 91
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 93
Приложение А. Параметры ВЭУ 103
Приложение Б. Аварийные режимы в ЭЭС 106
Приложение В. Патент на изобретение и свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ
📖 Аннотация
В данной диссертационной работе решается актуальная проблема всережимного адекватного моделирования ветроэнергетической установки (ВЭУ) 4-го типа, интегрированной в электроэнергетическую систему (ЭЭС). Актуальность исследования обусловлена глобальным развитием ветрогенерации и необходимостью обеспечения надежности ЭЭС, требующей глубокого анализа всего спектра квазиустановившихся и переходных процессов, что невозможно изучать натурными методами. В работе выявлена принципиальная ограниченность существующих чисто численных подходов к моделированию и предложен альтернативный комплексный метод. Основные результаты включают разработку концепции бездекомпозиционного всережимного моделирования ВЭУ в реальном времени, создание соответствующей математической модели ветрового воздействия, а также проектирование структуры и экспериментального образца специализированных аппаратно-программных средств, включая синхронный генератор с постоянными магнитами. Комплекс тестов подтвердил способность разработанных средств с гарантированной точностью воспроизводить единый непрерывный спектр процессов на неограниченном интервале времени. Научная значимость заключается в преодолении методологического кризиса в моделировании за счет гибридного подхода, сочетающего физическое и математическое моделирование. Практическая ценность состоит в создании инструментария для исследований, проектирования и эксплуатации ЭЭС с ВЭУ, что повышает их надежность и эффективность. Работа развивает идеи, представленные в трудах Б.И. Аюева и А.Н. Смирнова по верификации моделей энергосистем, а также использует международный опыт валидации моделей ветроустановок, отраженный в исследованиях Y. Zhang и E. Muljadi.
📖 Введение
Актуальность темы исследования.
Страны, подписавшие Киотский протокол, в их числе Россия, и особенно страны с весьма ограниченными или отсутствующими углеводородными и урановыми ресурсами, с различной интенсивностью развивают возобновляемую электроэнергетику, преимущественно путём использования ветроэнергоустановок (ВЭУ). При ощутимой для электроэнергетической системы (ЭЭС) мощности, как минимум несколько мегаватт, ВЭУ могут присоединяться к ЭЭС. В последнем случае, среди разных видов ВЭУ наиболее применимой для работы в составе ЭЭС является ВЭУ 4 типа, представляющая собой ветротурбину (ВТ) с синхронным генератором, возбуждаемым постоянными магнитами (СГПМ), присоединенным через вставку постоянного тока (ВПТ) и трансформатор присоединения (ТП) к узлу электрической сети ЭЭС.
Для решения большинства задач исследования, проектирования и эксплуатации ЭЭС, в том числе ЭЭС с ВЭУ необходима полная и достоверная информация о едином непрерывном спектре нормальных и анормальных квазиустановившихся и переходных процессах в оборудовании и ЭЭС в целом. Ввиду недопустимости натурных экспериментов в реальных ЭЭС, тем более аварийных, и невозможности из-за их сложности адекватного физического моделирования единственным путем получения всей необходимой информации становится преимущественно математическое моделирование.
При этом для всех видов и типов силового оборудования, систем автоматического регулирования, средств релейной защиты и противоаварийной автоматики (РЗ и ПА), могут быть синтезированы бездекомпозиционные всережимные математические модели, теоретическая и практическая достоверность которых достаточно строго и всесторонне обоснована, экспериментально проверена и подтверждена опытом эксплуатации.
Однако получаемая в результате совокупная математическая модель любой реальной ЭЭС, в том числе с ВЭУ, даже с учетом приемлемого частичного эквивалентирования, неизбежно содержит жесткую, нелинейную систему дифференциальных уравнений чрезвычайно большой, по математическим меркам, размерности, плохо обусловленную на ограничительных условиях применимости теории методов численного интегрирования и соответственно не подлежащую удовлетворительному решению. Единственный путь улучшения обусловленности - снижение жесткости и размерности совокупной системы дифференциальных уравнений, которые могут быть осуществлены только за счет радикального ее упрощения и применения декомпозиции, в соответствии с которой выделяются и раздельно рассчитываются нормальные и аварийные установившиеся режимы, а также различные стадии переходных процессов на ограниченном интервале их воспроизведения. В результате существенно утрачивается полнота и достоверность получаемой таким образом информации. Кроме этого, независимо от этих упрощений и ограничений всегда неизвестной остается, принципиально присущая численному интегрированию дифференциальных уравнений методическая ошибка.
Поскольку всю данную проблематику неизбежно наследуют многочисленные программно-вычислительные комплексы (ПВК) расчета режимов и процессов в реальных ЭЭС, достоверность таких расчетов нередко оказывается низкой или неудовлетворительной, что подтверждается результатами их верификаций [1-5].
Радикальным путем решения данной проблемы, может быть только комплексный подход, представляющий, в широком смысле, гибридное моделирование, позволяющий для каждого аспекта обозначенной сложной проблемы разрабатывать и применять наиболее эффективные методы, способы и средства агрегирование которых обеспечивает успешное решение проблемы в целом.
В связи с вышеизложенным, в диссертации в соответствии с указанным комплексным подходом разработана концепция всережимного моделирования ВЭУ 4 типа в ЭЭС в реальном времени и на неограниченном интервале и средства ее реализации, а их свойства и возможности подтверждены комплексом тестовых и экспериментальных исследований.
Степень разработанности темы исследования. Исследованиям аэродинамического преобразования посвящено множество трудов известных ученых: Н.Е. Жуковский, А. Бетц, Ю. Прандтль и др. Вопросы использования возобновляемых источников энергии рассматриваются в работах: В.Н. Андриянова, П.П. Безруких, Б.В. Валова, В.В. Елистратова, Н.В. Красовского, Б.В. Лукутина, В.М. Лятхера, В.З. Манусова, С.Г. Обухова, Г.Х. Сабинина, С.Н. Удалова, В.Я. Ушакова, Е.М. Фатеева, Ю.Г. Шакаряна, G. Michalke, M. Poller, P. Anderson V. Akhmatov, T. Ackerman, S. Heier, B. Wu, A. Hansen, E. Muljadi, P. Sorensen и др. и других.
Проблемам адекватного моделирования ЭЭС посвящены труды В.А. Веникова, Н.И. Воропая, П.И. Бартоломея, А.С. Гусева, и др.
Однако, несмотря на достаточно глубокое изучение ВЭУ и ЭЭС, комплекс вопросов, связанных с получением достаточно полной и достоверной информации о работе ВЭУ 4 типа в ЭЭС по-прежнему актуален, исследованию и решению которых посвящена данная работа.
Цели и задачи работы. Целью работы является достаточно полное и достоверное всережимное моделирование ВЭУ 4 типа в ЭЭС на основе комплексного подхода.
Для достижения указанной цели поставлены и решены следующие задачи:
1) исследование факторов, определяющих механический момент ВТ;
2) разработка концепции всережимного моделирования ВЭУ 4 типа в ЭЭС в реальном времени и на неограниченном интервале ;
3) разработка средств реализации данной концепции;
4) проведение комплекса тестовых и экспериментальных исследований средств реализации всережимного моделирования ВЭУ 4 типа в ЭЭС.
Предметом исследования являются нормальные и анормальные, квазиустановившиеся и переходные процессы ВЭУ 4 типа в ЭЭС.
Объектом исследования являются средства всережимного моделирования ВЭУ 4 типа в ЭЭС в реальном времени и на неограниченном интервале.
Научная новизна работы:
1) проведен анализ технологий в области ветроэнергетики, на основе которого синтезирована математическая модель ветра, примененная для создания специализированного гибридного процессора (СГП) ВЭУ 4 типа;
2) предложена концепция на основе комплексного подхода, позволяющая для каждого аспекта решаемой сложной проблемы всережимного моделирования ВЭУ 4 типа в ЭЭС, применять наиболее эффективные методы, способы и средства, агрегирование которых обеспечивают успешное решение проблемы в целом;
3) в соответствии с предложенной концепцией разработан и реализован СГП ВЭУ 4 типа.
Теоретическая значимость работы:
1) обоснованы причины существования проблемы всережимного моделирования ВЭУ 4 типа в ЭЭС, а также ее принципиальная неразрешимость в рамках существующего одностороннего сугубо численного подхода и направление ее радикального решения;
2) обоснована и синтезирована математическая модель ветра учитывающая турбулентную и среднюю составляющие.
3) сформулирована в соответствии с комплексным подходом концепция непрерывного всережимного моделирования ВЭУ 4 типа в ЭЭС, а также структура и принципы ее реализации.
Практическая значимость работы. Разработаны средства непрерывного всережимного моделирования ВЭУ 4 типа в ЭЭС в реальном времени на неограниченном интервале, позволяющие получить достаточно полную и достоверную информацию о едином непрерывном спектре
квазиустановившихся и переходных процессах в ВЭУ указанного типа в ЭЭС при всевозможных нормальных, аварийных и послеаварийных режимах работы, необходимую для решения задач проектирования, исследования и эксплуатации ВЭУ 4 типа в ЭЭС.
Методы исследования:
Теория дифференциального и интегрального исчислений, теория методов дискретизации для обыкновенных дифференциальных уравнений, метод
непрерывного неявного методически точного интегрирования
дифференциальных уравнений, теория автоматического регулирования и управления, теория линейных и нелинейных электрических цепей, методы теории точности и чувствительности вычислительных устройств, методы математического и физического моделирования, схемотехника на интегральных микросхемах, тестовые и экспериментальные методы исследования процессов в ПВК Real Time Digital Simulator (RTDS) и на прошедшем всесторонние лабораторные испытания и опытную эксплуатацию экспериментальном образце многопроцессорного программно-технического комплекса гибридного типа - Всережимный моделирующий комплекс реального времени
электроэнергетических систем (ВМК РВ ЭЭС).
Основные положения, выносимые на защиту:
1) обоснование положений концепции всережимного моделирования ВЭУ 4 типа в ЭЭС в реальном времени и на неограниченном интервале;
2) всережимная математическая модель ВЭУ 4 типа;
3) структура и принципы реализации экспериментального образца СГП ВЭУ 4 типа;
4) результаты тестовых и экспериментальных исследований, подтверждающие свойства и возможности разработанных средств всережимного моделирования ВЭУ 4 типа в ЭЭС в реальном времени и на неограниченном интервале.
Достоверность результатов исследования подтверждается
использованием:
1) классических положений и законов теоретической электротехники, математики, теории дифференциального и интегрального исчисления;
2) теории методов дискретизации для обыкновенных
дифференциальных уравнений;
3) метода непрерывного неявного методически точного интегрирования дифференциальных уравнений ;
4) теоретически обоснованных и апробированных независимыми исследованиями применяемых математических моделей;
5) подтверждается соответствием результатов тестовых и экспериментальных исследований.
Апробация результатов исследований.
Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и демонстрировались на 8 международных и всероссийских научно-технических конференциях и выставках, в частности: IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies Conference (ISGT), Europe (Румыния, г. Бухарест, 2019г.), IEEE PES ISGT, Europe (Босния и Герцеговина, г. Сараево, 2018г.); All-Russian Forum of Young Scientists «Towards the World Festival of Youth and Students» (Россия, г. Екатеринбург, 2017 г.); IV и V Международный молодежный форум «Интеллектуальные энергосистемы», (Россия, г. Томск, 2016, 2017 гг.); Science Week 2017 (Россия, г. Томск 2017г.), XXXIX сессия семинара «Кибернетика энергетических систем» (Россия, г. Новочеркасск, 2017 г.); Международная специализированная выставка
«Электрические сети России» (Россия, г. Москва, 2016г.).
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 18 работ, в том числе 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК, 2 статьи в журналах, индексируемых в базах данных Web of Science/Scopus, получен патент РФ.
Реализация результатов работы.
Результаты диссертационной работы реализованы и используются:
- в рамках Гранта Российского научного фонда №18-79-10006 от 02.08.2018 г. «Исследование проблемы достоверности расчетов режимов и процессов в электроэнергетических системах с активно-адаптивными сетями и распределенной генерацией и разработка методики их всережимной верификации»,
- в рамках гранта Министерства науки и высшего образования РФ Соглашение №075-02-2018-271 от 17.01.2018 г. «Исследование влияния спектра процессов в электроэнергетических системах со значительной долей распределённой генерации и возобновляемыми источниками энергии на функционирование устройств релейной защиты и разработка методики её адекватной настройки»
- в рамках государственного контракта: Гос. задание «Наука» №13.5852.2017/БЧ от 01.02.2017 г. «Разработка концепции всережимной верификации расчётов режимов и процессов в электроэнергетических системах и средств её реализации».
Структура и объем диссертации.
Диссертационная работа содержит 115 страниц, в том числе 94 рисунка, 2 таблицы, список цитируемой литературы из 88 наименований и состоит из введения, 4-х глав, заключения и 3 приложений.
Страны, подписавшие Киотский протокол, в их числе Россия, и особенно страны с весьма ограниченными или отсутствующими углеводородными и урановыми ресурсами, с различной интенсивностью развивают возобновляемую электроэнергетику, преимущественно путём использования ветроэнергоустановок (ВЭУ). При ощутимой для электроэнергетической системы (ЭЭС) мощности, как минимум несколько мегаватт, ВЭУ могут присоединяться к ЭЭС. В последнем случае, среди разных видов ВЭУ наиболее применимой для работы в составе ЭЭС является ВЭУ 4 типа, представляющая собой ветротурбину (ВТ) с синхронным генератором, возбуждаемым постоянными магнитами (СГПМ), присоединенным через вставку постоянного тока (ВПТ) и трансформатор присоединения (ТП) к узлу электрической сети ЭЭС.
Для решения большинства задач исследования, проектирования и эксплуатации ЭЭС, в том числе ЭЭС с ВЭУ необходима полная и достоверная информация о едином непрерывном спектре нормальных и анормальных квазиустановившихся и переходных процессах в оборудовании и ЭЭС в целом. Ввиду недопустимости натурных экспериментов в реальных ЭЭС, тем более аварийных, и невозможности из-за их сложности адекватного физического моделирования единственным путем получения всей необходимой информации становится преимущественно математическое моделирование.
При этом для всех видов и типов силового оборудования, систем автоматического регулирования, средств релейной защиты и противоаварийной автоматики (РЗ и ПА), могут быть синтезированы бездекомпозиционные всережимные математические модели, теоретическая и практическая достоверность которых достаточно строго и всесторонне обоснована, экспериментально проверена и подтверждена опытом эксплуатации.
Однако получаемая в результате совокупная математическая модель любой реальной ЭЭС, в том числе с ВЭУ, даже с учетом приемлемого частичного эквивалентирования, неизбежно содержит жесткую, нелинейную систему дифференциальных уравнений чрезвычайно большой, по математическим меркам, размерности, плохо обусловленную на ограничительных условиях применимости теории методов численного интегрирования и соответственно не подлежащую удовлетворительному решению. Единственный путь улучшения обусловленности - снижение жесткости и размерности совокупной системы дифференциальных уравнений, которые могут быть осуществлены только за счет радикального ее упрощения и применения декомпозиции, в соответствии с которой выделяются и раздельно рассчитываются нормальные и аварийные установившиеся режимы, а также различные стадии переходных процессов на ограниченном интервале их воспроизведения. В результате существенно утрачивается полнота и достоверность получаемой таким образом информации. Кроме этого, независимо от этих упрощений и ограничений всегда неизвестной остается, принципиально присущая численному интегрированию дифференциальных уравнений методическая ошибка.
Поскольку всю данную проблематику неизбежно наследуют многочисленные программно-вычислительные комплексы (ПВК) расчета режимов и процессов в реальных ЭЭС, достоверность таких расчетов нередко оказывается низкой или неудовлетворительной, что подтверждается результатами их верификаций [1-5].
Радикальным путем решения данной проблемы, может быть только комплексный подход, представляющий, в широком смысле, гибридное моделирование, позволяющий для каждого аспекта обозначенной сложной проблемы разрабатывать и применять наиболее эффективные методы, способы и средства агрегирование которых обеспечивает успешное решение проблемы в целом.
В связи с вышеизложенным, в диссертации в соответствии с указанным комплексным подходом разработана концепция всережимного моделирования ВЭУ 4 типа в ЭЭС в реальном времени и на неограниченном интервале и средства ее реализации, а их свойства и возможности подтверждены комплексом тестовых и экспериментальных исследований.
Степень разработанности темы исследования. Исследованиям аэродинамического преобразования посвящено множество трудов известных ученых: Н.Е. Жуковский, А. Бетц, Ю. Прандтль и др. Вопросы использования возобновляемых источников энергии рассматриваются в работах: В.Н. Андриянова, П.П. Безруких, Б.В. Валова, В.В. Елистратова, Н.В. Красовского, Б.В. Лукутина, В.М. Лятхера, В.З. Манусова, С.Г. Обухова, Г.Х. Сабинина, С.Н. Удалова, В.Я. Ушакова, Е.М. Фатеева, Ю.Г. Шакаряна, G. Michalke, M. Poller, P. Anderson V. Akhmatov, T. Ackerman, S. Heier, B. Wu, A. Hansen, E. Muljadi, P. Sorensen и др. и других.
Проблемам адекватного моделирования ЭЭС посвящены труды В.А. Веникова, Н.И. Воропая, П.И. Бартоломея, А.С. Гусева, и др.
Однако, несмотря на достаточно глубокое изучение ВЭУ и ЭЭС, комплекс вопросов, связанных с получением достаточно полной и достоверной информации о работе ВЭУ 4 типа в ЭЭС по-прежнему актуален, исследованию и решению которых посвящена данная работа.
Цели и задачи работы. Целью работы является достаточно полное и достоверное всережимное моделирование ВЭУ 4 типа в ЭЭС на основе комплексного подхода.
Для достижения указанной цели поставлены и решены следующие задачи:
1) исследование факторов, определяющих механический момент ВТ;
2) разработка концепции всережимного моделирования ВЭУ 4 типа в ЭЭС в реальном времени и на неограниченном интервале ;
3) разработка средств реализации данной концепции;
4) проведение комплекса тестовых и экспериментальных исследований средств реализации всережимного моделирования ВЭУ 4 типа в ЭЭС.
Предметом исследования являются нормальные и анормальные, квазиустановившиеся и переходные процессы ВЭУ 4 типа в ЭЭС.
Объектом исследования являются средства всережимного моделирования ВЭУ 4 типа в ЭЭС в реальном времени и на неограниченном интервале.
Научная новизна работы:
1) проведен анализ технологий в области ветроэнергетики, на основе которого синтезирована математическая модель ветра, примененная для создания специализированного гибридного процессора (СГП) ВЭУ 4 типа;
2) предложена концепция на основе комплексного подхода, позволяющая для каждого аспекта решаемой сложной проблемы всережимного моделирования ВЭУ 4 типа в ЭЭС, применять наиболее эффективные методы, способы и средства, агрегирование которых обеспечивают успешное решение проблемы в целом;
3) в соответствии с предложенной концепцией разработан и реализован СГП ВЭУ 4 типа.
Теоретическая значимость работы:
1) обоснованы причины существования проблемы всережимного моделирования ВЭУ 4 типа в ЭЭС, а также ее принципиальная неразрешимость в рамках существующего одностороннего сугубо численного подхода и направление ее радикального решения;
2) обоснована и синтезирована математическая модель ветра учитывающая турбулентную и среднюю составляющие.
3) сформулирована в соответствии с комплексным подходом концепция непрерывного всережимного моделирования ВЭУ 4 типа в ЭЭС, а также структура и принципы ее реализации.
Практическая значимость работы. Разработаны средства непрерывного всережимного моделирования ВЭУ 4 типа в ЭЭС в реальном времени на неограниченном интервале, позволяющие получить достаточно полную и достоверную информацию о едином непрерывном спектре
квазиустановившихся и переходных процессах в ВЭУ указанного типа в ЭЭС при всевозможных нормальных, аварийных и послеаварийных режимах работы, необходимую для решения задач проектирования, исследования и эксплуатации ВЭУ 4 типа в ЭЭС.
Методы исследования:
Теория дифференциального и интегрального исчислений, теория методов дискретизации для обыкновенных дифференциальных уравнений, метод
непрерывного неявного методически точного интегрирования
дифференциальных уравнений, теория автоматического регулирования и управления, теория линейных и нелинейных электрических цепей, методы теории точности и чувствительности вычислительных устройств, методы математического и физического моделирования, схемотехника на интегральных микросхемах, тестовые и экспериментальные методы исследования процессов в ПВК Real Time Digital Simulator (RTDS) и на прошедшем всесторонние лабораторные испытания и опытную эксплуатацию экспериментальном образце многопроцессорного программно-технического комплекса гибридного типа - Всережимный моделирующий комплекс реального времени
электроэнергетических систем (ВМК РВ ЭЭС).
Основные положения, выносимые на защиту:
1) обоснование положений концепции всережимного моделирования ВЭУ 4 типа в ЭЭС в реальном времени и на неограниченном интервале;
2) всережимная математическая модель ВЭУ 4 типа;
3) структура и принципы реализации экспериментального образца СГП ВЭУ 4 типа;
4) результаты тестовых и экспериментальных исследований, подтверждающие свойства и возможности разработанных средств всережимного моделирования ВЭУ 4 типа в ЭЭС в реальном времени и на неограниченном интервале.
Достоверность результатов исследования подтверждается
использованием:
1) классических положений и законов теоретической электротехники, математики, теории дифференциального и интегрального исчисления;
2) теории методов дискретизации для обыкновенных
дифференциальных уравнений;
3) метода непрерывного неявного методически точного интегрирования дифференциальных уравнений ;
4) теоретически обоснованных и апробированных независимыми исследованиями применяемых математических моделей;
5) подтверждается соответствием результатов тестовых и экспериментальных исследований.
Апробация результатов исследований.
Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и демонстрировались на 8 международных и всероссийских научно-технических конференциях и выставках, в частности: IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies Conference (ISGT), Europe (Румыния, г. Бухарест, 2019г.), IEEE PES ISGT, Europe (Босния и Герцеговина, г. Сараево, 2018г.); All-Russian Forum of Young Scientists «Towards the World Festival of Youth and Students» (Россия, г. Екатеринбург, 2017 г.); IV и V Международный молодежный форум «Интеллектуальные энергосистемы», (Россия, г. Томск, 2016, 2017 гг.); Science Week 2017 (Россия, г. Томск 2017г.), XXXIX сессия семинара «Кибернетика энергетических систем» (Россия, г. Новочеркасск, 2017 г.); Международная специализированная выставка
«Электрические сети России» (Россия, г. Москва, 2016г.).
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 18 работ, в том числе 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК, 2 статьи в журналах, индексируемых в базах данных Web of Science/Scopus, получен патент РФ.
Реализация результатов работы.
Результаты диссертационной работы реализованы и используются:
- в рамках Гранта Российского научного фонда №18-79-10006 от 02.08.2018 г. «Исследование проблемы достоверности расчетов режимов и процессов в электроэнергетических системах с активно-адаптивными сетями и распределенной генерацией и разработка методики их всережимной верификации»,
- в рамках гранта Министерства науки и высшего образования РФ Соглашение №075-02-2018-271 от 17.01.2018 г. «Исследование влияния спектра процессов в электроэнергетических системах со значительной долей распределённой генерации и возобновляемыми источниками энергии на функционирование устройств релейной защиты и разработка методики её адекватной настройки»
- в рамках государственного контракта: Гос. задание «Наука» №13.5852.2017/БЧ от 01.02.2017 г. «Разработка концепции всережимной верификации расчётов режимов и процессов в электроэнергетических системах и средств её реализации».
Структура и объем диссертации.
Диссертационная работа содержит 115 страниц, в том числе 94 рисунка, 2 таблицы, список цитируемой литературы из 88 наименований и состоит из введения, 4-х глав, заключения и 3 приложений.
✅ Заключение
В результате выполнения диссертационной работы получены теоретически обоснованные и экспериментально подтвержденные результаты, актуальные для исследования проектирования и эксплуатации ВЭУ 4 типа в ЭЭС:
1) выявлены и обоснованы причины существования проблемы всережимного адекватного моделирования ВЭУ 4 типа в ЭЭС, а также её принципиальная неразрешимость в рамках существующего одностороннего сугубо численного подхода;
2) предложен альтернативный существующему комплексный подход решения проблемы, в соответствии с которым разработана концепция бездекомпозиционного всережимного моделирования ВЭУ 4 типа в ЭЭС в реальном времени;
3) на основе анализа опубликованных работ и экспериментальных данных, сформулирована математическая модель формирования среднего значения скорости ветра и ее турбулентная составляющая;
4) разработаны структура и принципы построения средств
осуществления предложенной концепции моделирования ВЭУ 4 типа в ЭЭС;
5) создан экспериментальный образец СГП ВЭУ 4 типа, адаптированный для применения в средствах аналогичного моделирования реальных ЭЭС - ВМК РВ ЭЭС;
6) выполнен комплекс тестовых и экспериментальных исследований, подтверждающий свойства и возможности созданных средств всережимного моделирования ВЭУ 4 типа в ЭЭС, обеспечивающие бездекомпозиционное с гарантированной приемлемой точностью воспроизведение в реальном времени и на неограниченном интервале единого непрерывного спектра значимых квазиустановившихся и переходных процессов с ВЭУ 4 типа в ЭЭС при всевозможных нормальных, аварийных и послеаварийных режимах их работы;
7) результаты тестовых и экспериментальных исследований позволяют:
- осуществлять моделирование ветра для настройки САУ сервоприводом угла поворота лопастей в;
- моделировать нагрузочные режимы для настройки САУ ВПТ;
- использовать результаты моделирования аварийных режимов для настройки средств релейной защиты и автоматики.
1) выявлены и обоснованы причины существования проблемы всережимного адекватного моделирования ВЭУ 4 типа в ЭЭС, а также её принципиальная неразрешимость в рамках существующего одностороннего сугубо численного подхода;
2) предложен альтернативный существующему комплексный подход решения проблемы, в соответствии с которым разработана концепция бездекомпозиционного всережимного моделирования ВЭУ 4 типа в ЭЭС в реальном времени;
3) на основе анализа опубликованных работ и экспериментальных данных, сформулирована математическая модель формирования среднего значения скорости ветра и ее турбулентная составляющая;
4) разработаны структура и принципы построения средств
осуществления предложенной концепции моделирования ВЭУ 4 типа в ЭЭС;
5) создан экспериментальный образец СГП ВЭУ 4 типа, адаптированный для применения в средствах аналогичного моделирования реальных ЭЭС - ВМК РВ ЭЭС;
6) выполнен комплекс тестовых и экспериментальных исследований, подтверждающий свойства и возможности созданных средств всережимного моделирования ВЭУ 4 типа в ЭЭС, обеспечивающие бездекомпозиционное с гарантированной приемлемой точностью воспроизведение в реальном времени и на неограниченном интервале единого непрерывного спектра значимых квазиустановившихся и переходных процессов с ВЭУ 4 типа в ЭЭС при всевозможных нормальных, аварийных и послеаварийных режимах их работы;
7) результаты тестовых и экспериментальных исследований позволяют:
- осуществлять моделирование ветра для настройки САУ сервоприводом угла поворота лопастей в;
- моделировать нагрузочные режимы для настройки САУ ВПТ;
- использовать результаты моделирования аварийных режимов для настройки средств релейной защиты и автоматики.
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🖼 Скриншоты
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.