АНАРЭС - Динамика

Информация о ПВК АНАРЭС
1989-2000 - АНАРЭС-DOS
УР, Оптимизация, Утяжеление, Динамика (с учетом ВПТ), ТКЗ, Надежность
2000 - создание новой версии ПВК АНАРЭС-2000 для работы под операционными системами семейства Windows
УР, Оптимизация, Утяжеление
2000-2005 - Реализация в Windows-версии таких задач как:
Динамика, ТКЗ, Надежность, ОКЗ.
2005 – разработка блока моделирования ПАА
2006 - учет ПАА в Динамике, улучшение сервиса и возможностей программ

Коллектив разработчиков
ООО ИДУЭС (г. Новосибирск) – 3 разработчика занятых в проекте
ЗАО Энергетические технологии (г. Иркутск) – 5 разработчиков занятых в проекте
ИСЭМ СО РАН – 3 научных сотрудника постоянно занятых в проекте. Научная база.
Ведущие разработчики:
Шепилов Олег Николаевич
Ушаков Евгений Иванович
Домышев Александр Владимирович
Осак Алексей Борисович
Вымятнин Андрей Александрович

Выполненные работы
Проведена серия расчетов на схеме ОДУ Средней волги
Результаты сопоставлены с расчетами проведенными на программе Мустанг
Выполнено теоретическое сравнение моделей АНАРЭС и Мустанг
Проведено сравнение на тестовом примере
Проанализировано соответствие моделей АНАРЭС и тех. задания НИИПТ

АНАРЭС - Динамика
Обзор программы
Применяемые технологии
Пути развития с учетом технического задания НИИПТ

Серия расчетов на схеме ОДУ
3-хфазное к.з. на шинах 500 кВ БАЭС
3-хфазное к.з. на шинах 500 кВ ПС Вешкайма с отключением ВЛ-500 Арзамас-Вешкайма
3-хфазное к.з. на шинах 500 кВ ПС Помары с отключением ВЛ-500 ЧеГЭС-Помары
Исходный режим - в ремонте ВЛ-500 ЧеГЭС-Нижегородская. к.з. на шинах 500 кВ ЗайГРЭС, отключается ВЛ-500 ЗайГРЭС-Киндери, действует САОН 600 МВт Северного энергорайона
АРПТ ВЛ-220 БАЭС-Степная из-за превышения допустимого тока по ВЛ-220 СарГЭС-Центральная и СарГЭС-Балаковская

Отличия в исходных данных
Задание балансирующего узла (системы)
В Мустанге шины бесконечной мощности заданы сопротивлением X’=0,435 Ом
Шины бесконечной мощности в АНАРЭС заданы в виде генератора со следующими параметрами:
Так как шины бесконечной мощности заданы за сопротивлением X’=0,435 Ом, то в схему ввели дополнительную ветвь 25-25000 с сопротивлением X=0,435 Ом.
Генератор, задающий шины бесконечной мощности задан в узле 25000

Отличия в исходных данных
Для двух генераторов заданных в Мустанге как E’ за X’ (узлы 2915, 2925) в АНАРЭС задано
и
Заданы значения из справочника

Отличия в исходных данных
Для АРВ в АНАРЭС взяты типовые значения недостающих постоянных времени, которые отсутствуют в Мустнге
( , , , , ).
Для АРВ СД в АНАРЭС исправлен коэффициент гибкой обратной связи по току возбуждения на типовой

3-х фазное К.З. на шинах 500 кВ БАЭС. Время отключения 0,25
углы генераторов БАЭС
АНАРЭС
Мустанг
АНАРЭС
Мустанг

Начальный момент
АНАРЭС
Мустанг

Изменение напряжений
АНАРЭС
Мустанг
АНАРЭС
Мустанг

Изменение напряжений. Начальный момент
АНАРЭС
Мустанг

3-х фазное К.З. на шинах 500 кВ БАЭС. Время отключения 0,1
угол ротора СМ 5252
АНАРЭС
Мустанг

Напряжения
АНАРЭС
Мустанг

Переток по ветви 5322-5250
АНАРЭС
Мустанг

3-х фазное К.З. на шинах 500 кВ БАЭС
Предельное время отключения АНАРЭС
0,14 сек
Предельное время отключения Мустанг
0,19 сек

3-хфазное к.з. на шинах 500 кВ ПС Вешкайма с отключением ВЛ-500 Арзамас-Вешкайма. Переток по линии Осиновка-Вешкайма
АНАРЭС
Мустанг

3-хфазное к.з. на шинах 500 кВ ПС Вешкайма с отключением ВЛ-500 Арзамас-Вешкайма. U в узле 5015 (Вешкайма)
АНАРЭС
Мустанг

3-хфазное к.з. на шинах 500 кВ ПС Помары с отключением ВЛ-500 ЧеГЭС-Помары. Углы генераторов ЗайГРЭС и ЧеГЭС
АНАРЭС
Мустанг
АНАРЭС
Мустанг

3-хфазное к.з. на шинах 500 кВ ПС Помары с отключением ВЛ-500 ЧеГЭС-Помары. U 5015 (Помары)

3-хфазное к.з. на шинах 500 кВ ПС Помары с отключением ВЛ-500 ЧеГЭС-Помары. Переток ЧеГЭС - Помары

Исходный режим - в ремонте ВЛ-500 ЧеГЭС-Нижегородская.
Происходит к.з. на шинах 500 кВ ЗайГРЭС, отключается ВЛ-500 ЗайГРЭС-Киндери, действует САОН 600 МВт Северного энергорайона.
АНАРЭС
Мустанг

К.з. на шинах 500 кВ ЗайГРЭС. U 5025 (Киндери)
АНАРЭС
Мустанг

Исходный режим - генерация СарГЭС 1300 МВт, отключен блок №1
БАЭС. К.з. на шинах 220 кВ БАЭС, отключается АТ-1 500/220 БАЭС;
отключается ВЛ-220 БАЭС-Степная из-за превышения допустимого тока по ВЛ-220 СарГЭС-Центральная и СарГЭС-Балаковская (уставка 1300 А).
АНАРЭС
Мустанг
АНАРЭС
Мустанг

К.з. на шинах 220 кВ БАЭС
токи по ВЛ-220 СарГЭС-Центральная и СарГЭС-Балаковская.
I СарГЭС - Центральная
I СарГЭС - Балаковская

К.з. на шинах 220 кВ БАЭС
U на шинах БАЭС
АНАРЭС
Мустанг

Выводы по сравнению расчетов
Общие тенденции совпадают
Имеются отличия особенно проявляющиеся после вступления в действие АРВ
При этом имеют место отличия и в начальный момент переходного процесса

Отличие моделей АНАРЭС и Мустанг
В АНАРЭС достаточно строгий учёт в уравнениях статорной цепи влияния изменений скорости вращения роторов СМ
– средневзвешенная частота.
Ушаков Е.И. Статическая устойчивость электрических систем. Новосибирск: Наука, 1988. 273 с.
Ушаков Е.И. Разделение движений при исследовании переходных процессов и устойчивости ЭЭС // Изв. РАН. Энергетика. 2000. №6. С. 74-86.
Ушаков Е.И. Об упрощенных моделях переходных процессов ЭЭС.// «Электричество», №10, 2005.
Ушаков Е.И. О моделях переходных процессов ЭЭС с учетом изменения частоты (отправлена в Известия РАН «Энергетика» в январе 2007г.)

Отличие моделей АНАРЭС и Мустанг
[1] T.J. Hammons, D.J. Winning."Comparisons of synchronous machine models in the study of the transient behaviour of electrical power systems.", -Proc.IEE, vol.118, №10, October,1971.
Уравнения по продольной оси:
(1)
Уравнения по продольной оси с учетом принятых в [1] допущений:
(2)

Отличие моделей АНАРЭС и Мустанг
Уравнения по продольной оси с учетом принятых в [1] допущений:
(2)
Уравнение для E’’
(3)

Отличие моделей АНАРЭС и Мустанг
Уравнения по продольной оси с учетом принятых в [1] допущений:
(2)
Исходные уравнения в форме э.д.с.:
(4)

Отличие моделей АНАРЭС и Мустанг
Уравнения по продольной оси с учетом принятых в [1] допущений:
(2)
Третий уровень допущений:
(5)

Отличие моделей АНАРЭС и Мустанг
Уравнения контурных токов продольной оси, используемые в АНАРЭС, записанные в форме э.д.с.
Упрощенные уравнения, используемые в Мустанг

Отличие моделей АНАРЭС и Мустанг
Корректное вычисление (АНАРЭС)
Вычисление в Мустанг

Скачек Eq при коммутации (тест на схеме 4 узла)
АНАРЭС
Мустанг

Дальнейшие значения Eq (тест на схеме 4 узла)

Отличие моделей АНАРЭС и Мустанг
Вывод
Модель продольных контуров ротора, применяемая в программе Мустанг не адекватна исходной модели этих контуров из-за неоправданных допущений
Модель продольных контуров ротора в АНАРЭС полностью адекватна системе (4).

Отличие моделей АНАРЭС и Мустанг
Уравнения статорной цепи в АНАРЭС
Уравнение статорной цепи в Мустанг

Отличие моделей АНАРЭС и Мустанг
Модель АРВ СД

Отличие моделей АНАРЭС и Мустанг
Отличие в учете зоны нечувствительности АРС
В АНАРЭС:
В Мустанге:

Отличие моделей АНАРЭС и Мустанг
Механическаое демпфирование турбин в АНАРЭС:
Момент турбины в Мустанге:

Отличие моделей АНАРЭС и Мустанг
При упрощенном моделировании СМ постоянством ЭДС в Мустанге
В АНАРЭС можно учесть введя:

Отличие моделей АНАРЭС и Мустанг
Асинхронные двигатели
В Мустанге дифференциальными уравнениями учитываются только механическое движение двигателей
В АНАРЭС учитываются и переходные процессы в обмотках ротора
Ушаков Е.И. Статическая устойчивость электрических систем. Новосибирск: Наука, 1988. 273 с.
Ушаков Е.И. Разделение движений при исследовании переходных процессов и устойчивости ЭЭС // Изв. РАН. Энергетика. 2000. №6. С. 74-86.
В АНАРЭС пока не учитывается эффект вытеснения токов ротора при больших скольжениях двигателя

Отличие моделей АНАРЭС и Мустанг
Мустанг применяет раздельный подход к решению дифференциальных и алгебраических уравнений
Относительно большая погрешность взаимосвязи при совместном решении систем дифференциальных и алгебраических уравнений
Отсутствие информации для предсказания неинтегрируемых переменных после каких-либо коммутаций в схеме
АНАРЭС использует явный метод интегрирования 4-го порядка, свободный от указанных недостатков.

Отличие моделей АНАРЭС и Мустанг
Заключение по анализу моделей
АНАРЭС использует более обоснованные модели переходных процессов, чем принятые в Мустанге

Результаты сравнения АНАРЭС и Мустанг на маленькой схеме
Схема сети.

Расчет с заданием генераторов в виде E’ за X’
Параметры генераторов:

К.з. в узле 5002 с временем отключения 0,1 с.
Взаимные углы генераторов для случая E’ за X’
АНАРЭС
Мустанг

Взаимные углы генераторов для случая E’ за X’ с заданным коэффициентом демпфирования. D=10 в Мустнге. В АНАРЭС соответствующий пересчитанный Kд
АНАРЭС
Мустанг

Взаимные углы генераторов для случая E’ за X’ с заданным коэффициентом демпфирования и КЗ, отключаемым через 1,16 с.
АНАРЭС
Мустанг

Расчет с заданием подробных данных по генераторам без регуляторов
Параметры генераторов:

КЗ в узле 5002, отключаемое через 0,1 с. Взаимные углы генераторов
АНАРЭС
Мустанг

Отключение 500МВт нагрузки в узе 5002 и пропорциональное отключению активной нагрузки отключение реактивной нагрузки.
АНАРЭС
Мустанг

Отключение 500МВт нагрузки в узе 5002. Электрическая мощность генератора (Pг) и мощность турбины (Pт) для случая без АРС
Pг АНАРЭС
Pг Мустанг
Pт

Отключение 500МВт нагрузки в узе 5002. Частота
АНАРЭС
Мустанг
f по всем узлам

Отключение 500МВт нагрузки в узе 5002. Напряжение узла 5002
АНАРЭС
Мустанг

Отключение 500МВт нагрузки в узе 5002. Относительный угол генераторов 1-2
АНАРЭС
Мустанг

Расчет с заданием подробных данных по генераторам c АРС
Параметры АРС:

Отключение 500МВт нагрузки в узе 5002. Электрическая мощность генератора (Pг) и мощность турбины (Pт). Расчет с АРС
Pт Мустанг
Pт АНАРЭС
Pг АНАРЭС
Pг Мустанг

Расчет с АРС. Относительный угол генераторов 1-2
АНАРЭС
Мустанг

Расчет с АРС. Напряжение узла 5002
АНАРЭС
Мустанг

Расчет с АРС. Частота в узле 5002
АНАРЭС
Мустанг

К.з. в узле 5002. Время отключения 1,1 с
Без АРС и АРВ приводит к нарушению устойчивости
АНАРЭС
Мустанг

Расчет с заданием подробных данных по генераторам
c АРВ ПД без АРС
Параметры АРВ:

Расчет с АРВ ПД без АРС
Взаимный угол генераторов
АНАРЭС
Мустанг

Расчет с АРВ без АРС
АРВ ПД действует одинаково (Eqe)
АНАРЭС
Мустанг

Расчет с АРВ ПД без АРС
Скачек Eq
АНАРЭС
Мустанг

Расчет с АРВ ПД без АРС
Скачек Eq

Расчет с заданием подробных данных по генераторам
c АРВ CД без АРС
Параметры АРВ:
Параметры генераторов те же, что и в предыдущем расчете.
Возмущение то же.

Расчет с АРВ СД без АРС. Eqe генератора 1
АНАРЭС
Мустанг

Расчет с АРВ СД без АРС. Eqe генератора 1 в начальный момент
АНАРЭС
Мустанг

Расчет с АРВ СД без АРС. Напряжение в узле 1
АНАРЭС
Мустанг

Расчет с АРВ СД без АРС. Скачек Eq
АНАРЭС
Мустанг

Расчет с АРВ СД без АРС. Напряжение на выходе РВ
АНАРЭС
Мустанг

Соответствие моделей АНАРЭС и
ТЗ НИИПТ на ПО расчета
динамической устойчивости
Модель СМ
Модель СМ применяемая в АНАРЭС в основном соответствует полной модели описанной в ТЗ НИИПТ на ПО расчета динамической устойчивости
Отличия – учет частоты
В АНАРЭС – учет частоты в статорной цепи через средневзвешенную частоту (скорость центра инерций машин)
В ТЗ – скорость роторов ротора машины.
Предлагается учитывать частоту в статорной цепи через средневзвешенную

Соответствие моделей АНАРЭС и
ТЗ НИИПТ на ПО расчета
динамической устойчивости
Модель АРВ
Модель АРВ ПД применяемая в АНАРЭС совпадает с предложенной в ТЗ
Модель АРВ СД применяемая в АНАРЭС совпадает со стандартной моделью регулятора возбуждения АРВ-СД на магнитных усилителях, предложенной в ТЗ.

Модель АРВ СД АНАРЭС

Стандартная модель регулятора возбуждения АРВ-СД на магнитных усилителях ТЗ НИИПТ

Соответствие моделей АНАРЭС и
ТЗ НИИПТ на ПО расчета
динамической устойчивости
Модель АРС
В ТЗ предлагается моделировать зону нечувствительности АРС так как это сделано в Мустанге.

Соответствие моделей АНАРЭС и
ТЗ НИИПТ на ПО расчета
динамической устойчивости
Модель нагрузки
Моделирование СХН в переходных процессах в АНАРЭС в настоящий момент не включено, но планируется.
В асинхронных двигателях учитываются также переходные процессы в роторе.

Соответствие моделей АНАРЭС и
ТЗ НИИПТ на ПО расчета
динамической устойчивости
Модели ППТ, ВПТ, FACTS
Сейчас не реализовано. Планируется
Модели котлов и турбин
Сейчас не реализовано. Планируется
Системы автоматического управления
Могут быть реализованы на основе существующего механизма ПАА.

АНАРЭС - Динамика
Структура программы
Структура расчетного блока
Блок моделирования ПАА
Взаимодействие с блоком пользовательского интерфейса
Планы развития

Структура программы
Открытый
механизм
обмена
данными
Расчетный
модуль
Интерфейсный
модуль
База
данных
Установившийся
режим
Система
отображения

Структура расчетного блока
Модуль численного интегрирования
Модуль решения СЛАУ
Модель СМ
Модель АМ
Модуль АРВ
Встроенные модели АРВ
Механизм внешних регуляторов
Модуль АРС
Встроенная модель АРС
Механизм внешних АРС
Модуль ПАА
Модуль моделей котлов и турбин (заглушка)
Модуль дополнительных регуляторов (заглушка)

Структура расчетного блока
Модуль АРВ
Построен по объектной модели
Компактное хранение данных
Высокая скорость работы
Возможность подключения внешних регуляторов по COM-технологии (Inprocess Server).
Спецификация на интерфейс подключаемых регуляторов будет открыта.

Структура расчетного блока
Модуль дополнительных регуляторов
В каждый узел и ветвь может быть добавлен шунт и сопротивление соответственно, вычисляемые динамически с помощью внешних регуляторов.
Возможность подключения внешних регуляторов по COM-технологии (Inprocess Server).
Интерфейс подключаемых аналогичен АРВ.

Моделирование систем ПАА и РЗА
Универсальная имитационная объектная модель устройств РЗ и ПАА.
Специализированный редактор ПАА
Возможность создания шаблонов ПАА
Возможность задания сложной логики
Структура логики адаптирована для максимально быстрой проверки логики ПАА

Объекты ПАА
Первичные коммутационные элементы;
Вторичные коммутационные элементы;
Датчики (реле тока, напряжения, мощности и т.п.);
Варианты состояния схемы сети (состояние элементов сети, при которых работают определенные устройства);
Пусковые органы (событие, при возникновении которого идет запуск устройств РЗ и ПАА);
Управляющие воздействия (которые выдают устройства РЗ и ПАА);
Устройства РЗ и ПАА, имеющие набор условий срабатывания и несколько ступеней со своими уставками и управляющими воздействиями.

Управляющие воздействия
Отключение/включение элементов ЭЭС (ЛЭП, генераторы, нагрузка, выключатели и т.п.).
Изменение нагрузки.
Изменение генерации.
Воздействие на другие устройства РЗ и ПАА.
Набор управляющих воздействий может пополняться.

Программируемая логика
Логические операции;
Арифметические операции;
Условные операторы;
Операторы специального назначения;
Алгоритмы типовых устройств РЗ и ПАА.
Алгоритмы регуляторов и др.
Применяется для:
Выбора вариантов состояния схемы сети;
Проверки условия срабатывания устройств РЗ и ПАА;
Проверки условий выдачи управляющего воздействия

Редактор ПАА

Отладка ПАА

Части ПАА, реализованные внутри программы
Части ПАА, реализованные внутри программы:
Датчики
Управляющие воздействия
Обобщенные алгоритмы устройств
Набор может пополняться
Части ПАА, реализованные средствами
редактора ПАА:
Взаимосвязь между элементами ПАА;
Логика работы записанная на макроязыке.
Уставки (с возможностью задания по сезонам), привязки к расчётной схеме и т.д.

Взаимодействие с пользовательским интерфейсом
Расчетный модуль выполнен в виде (InProcess) COM-сервера.
Спецификация на интерфейс будет открыта.
Интерфейс близок к идеологии OPC-сервера, но оптимизирован именно под расчетные задачи

Пользовательский интерфейс
Отображение в табличном виде
Отображение на графиках.
Связь с MS Excel (возможна как для ввода исходных данных, так и для вывода результатов).

Планы развития
Исследования и реализация моделей: котлов, турбин, ППТ, FACTS и др.
Реализация задания логики ПАА с помощью графического языка функциональных блоков
Поддержка формата обмена данными CIM/XML
Работа по улучшению пользовательского интерфейса как программы Динамика, так и всего комплекса АНАРЭС.