Особенности применения пакета MATLAB/Simulink для анализа статической устойчивости синхронных генераторов в энергосистеме
Автор: Зарудная Анастасия Павловна, Горшков Константин Евгеньевич
Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика @vestnik-susu-power
Рубрика: Электроэнергетика
Статья в выпуске: 3 т.17, 2017 года.
Бесплатный доступ
Пакет MATLAB/Simulink находит широкое применение при расчете и анализе установившихся и переходных режимов электроэнергетических систем. Для этого в пакете реализован ряд математических моделей, необходимых в решении задач имитационного моделирования. Модели имеют свои особенности и отличаются от описанных в отечественной литературе, что усложняет применение и создает дополнительные трудности при их параметризации и сопоставлении результатов моделирования. Поэтому сохраняют свою актуальность вопросы изучения особенностей применения пакета MATLAB/Simulink, в частности, при анализе статической устойчивости синхронных генераторов, работающих параллельно с энергосистемой. В работе рассмотрен ряд моделей наиболее распространенных элементов электроэнергетической системы, отмечены некоторые особенности схем замещения, на которых они построены, показан пример задания параметров и сформулированы рекомендации по их вводу в программе. Выполнено моделирование установившегося режима и проведено сравнение режимных параметров. Полученные результаты будут полезны при изучении особенностей применения пакета MATLAB/Simulink для решения задач электроэнергетики, а приведенные в работе рекомендации могут быть использованы при моделировании установившихся и переходных режимов электроэнергетических систем.
Моделирование, синхронный генератор, статическая устойчивость, параметризация элементов
Короткий адрес: https://sciup.org/147158412
IDR: 147158412 | DOI: 10.14529/power170305
Текст научной статьи Особенности применения пакета MATLAB/Simulink для анализа статической устойчивости синхронных генераторов в энергосистеме
Введение. Сегодня активно вводятся в эксплуатацию новые электростанции, на которых применяются мощные установки комбинированного типа. В Челябинской области в последние годы были введены в эксплуатацию два парогазовых блока мощностью 430 МВт на ЮжноУральской ГРЭС-2, три парогазовые установки мощностью 250 МВт на Челябинской ГРЭС и пылеугольный блок мощностью 660 МВт на Троицкой ГРЭС. Строительство новых электростанций приводит к увеличению перетоков мощности и росту уровня токов короткого замыкания в электроэнергетической системе, что ужесточает требования к способностям синхронных генераторов сохранять статическую и динамическую устойчивости в нормальных и аварийных режимах.
Задаче анализа режимов синхронных генераторов, работающих параллельно с энергосистемой, в разное время было посвящено много работ, при этом особое внимание всегда уделялось анализу их устойчивости на математических моделях, реализуемых с применением программных средств на ЭВМ [1–10]. Поэтому при моделировании элементов и объектов электроэнергетики широкое применение находят разные математические пакеты, в частности MATLAB/Simulink [11–20]. Его возможности позволяют рассчитывать установившиеся и переходные режимы в электрических цепях с различными функциональными элементами, включая электродвигатели, трансформаторы, линии электропередачи, синхронные генераторы, а также рассматривать вопросы управления ими. Так, в [13, 15] затронуты вопросы разработки синхронных генераторов новой конструкции, выполнено имитационное моделирование в MATLAB/ Simulink, дана оценка их характеристик. Работы [11, 12] посвящены вопросам моделирования нормальных и аварийных режимов синхронных генераторов, в частности, анализу статической и динамической устойчивости при изменении нагрузки, коммутациях в сети и коротких замыканиях, а в работах [14, 16, 17] рассмотрены вопросы настройки систем управления генераторами и их влияние на устойчивость отдельных агрегатов и энергосистемы в целом. Результаты, достигнутые в этих работах, позволяют сформировать представление о возможностях пакета MATLAB/Simulink в решении задач имитационного моделирования, что в свою очередь поддерживает интерес к его дальнейшему изучению.
Однако применение пакета для имитационного моделирования сопряжено с рядом трудностей. Реализованные в пакете модели силовых элементов, таких как генераторы, трансформаторы, ли- нии электропередачи и др., зачастую построены на основе схем замещения, отличающихся от общепринятых и описанных в отечественной литературе либо требующих специфических знаний и навыков при задании их параметров в программе. Например, в [11] проводится сравнение упрощенной модели синхронного генератора «SSM» из пакета MATLAB/Simulink с математической моделью, реализованной в программе Mustang, нередко используемой в службах диспетчерского управления при анализе статической и динамической устойчивости. Авторы статьи отмечают существенные отличия как в логике построения моделей, так и в перечне задаваемых параметров. А в [18] затронута проблема правильного ввода параметров силовых трансформаторов и приведены необходимые для этого выражения. Учитывая это, сохраняют свою актуальность вопросы изучения особенностей применения пакета MATLAB/Simulink для имитационного моделирования в задачах расчета и анализа режима объектов электроэнергетической системы и оценка соответствия полученных результатов расчетам, выполненным общеизвестными способами.
В данной работе на примере блока ЮжноУральской ГРЭС-2 рассмотрена задача оценки статической устойчивости синхронного генератора, работающего через цепь передачи параллельно с энергосистемой. Для этого первоначально был выполнен расчет установившегося режима сети и определена угловая характеристика активной мощности генератора. Затем была сформирована имитационная модель в пакете MATLAB/Simulink и выполнена параметризация ее элементов с учетом особенностей схем замещения и их реализации в программе, после чего проведено моделирование и сравнение потоков мощностей, напряжений в узлах и угловых характеристик активной мощности генератора. Основные этапы и результаты выполненной работы приводятся ниже.
Математическая модель цепи передачи. На Южно-Уральской ГРЭС-2 установлено два блочных синхронных генератора SGEN5-2000H мощностью 430 МВт (505 МВА) каждый, подключенных с шинам напряжением 220 кВ и выдающих в сеть мощность по четырем воздушным линиям электропередачи. Поэтому в качестве первоначальной задачи была рассмотрена оценка устойчивости одного синхронного генератора SGEN5-2000H при его работе через повышающий трансформатор ТНЦ-630000/220 и двухцепную линию 220 кВ на эквивалентную энергосистему напряжением 110 кВ через условный трансформатор связи мощностью 2500 МВА.
Принципиальная схема такой цепи передачи приведена на рис. 1. Она включает в себя синхронный генератор, повышающий трансформатор, воздушную линию электропередачи, условный трансформатор связи и эквивалентную энергосистему. На схеме линия электропередачи выполнена двойной или двухцепной. Связь линии с энергосистемой осуществляется через условный трансформатор с параметрами, получающимися путем эквивалентирования схемы внешней сети. При анализе устойчивости генераторов схема подключения реальной электростанции может быть сведена к рассматриваемой цепи передачи путем преобразований, как отмечено в работах [1–4].
Расчёт установившегося режима в схеме проводился в относительных единицах при отключенном АРВ генератора с учетом отбора активной мощности на собственные нужды. Схема замещения цепи передачи приведена на рис. 2. Параметры элементов на схеме замещения рассчитывались при базисном напряжении U Б = 115 кВ и базисной мощности S Б = 1000 МВА и приведены в табл. 1.
СГ Т1

Л1
Л2
Т2 ЭС

Рис. 1. Схема цепи передачи: СГ – синхронный генератор; Т1 – повышающий трансформатор; Л1–2 – линии электропередачи; Т2 – условный трансформатор связи; ЭС – энергосистема

Рис. 2. Схема замещения цепи передачи
Напряжение и мощности в конце цепи передачи в долях базисных величин задавались равными UC* = 0,957 , Р0* = 0,416 и Q0* = 0,19 соответственно. При этом ЭДС генератора и выдаваемые им мощности составили Eq * = 2,495, Р0* = 0,43 и Q0* = 0,261, что соответствует его номинальным мощностям при напряжении на выводах, равном UГ* = 1,057 .
Таблица 1
Параметры схемы замещения цепи передачи
Параметры элемента |
Параметры схемы замещения |
Синхронный генератор |
|
Р Г = 429 МВт; cos ф Г = 0,85; гГ = 0,0029; x d = 1,9065 о.е.; x' d = 0,3628 о.е. |
А г = ^- = 9 = 505; cos ф Г 0,85 S 1000 X d * = x d ■ А Б = 1,9065 ■ "505" = 3,775; X' , = x' ■ А Б = 0,3628 ■ 1000 = 0,718; d * d S Г 505 R , = r ■ А Б = 0,0029 ■ 1000 = 0,005743 Г* Г S Г 505 |
Собственные нужды генератора |
|
Р СН = 7 МВт |
Р , = P H = = 0,007 СН* S Б 1000 |
Трансформатор Т1 |
|
А Т1 = 630 МВА; U внном = 242 кВ; U ннном = 20 кВ; u K1 = 12,5%; А Р К = 1208,11кВт |
u K1 S Б 12,5 1000 X T1 === 0,198; Т1* 100 S T1 100 400 R , = А Р К ■ А Б ю-3 = 1208,11 •1000 ■ю- 3 = 3,044 ■ю- 3 ; Т1 S T12 630 2 k Т1 = и ВНном = 242 = 12,1 U ННном 20 |
Линия 220 кВ |
|
r 0 = 0,054 Ом/км; x 0 = 0,328 Ом/км; b 0 = 3,47 - 10-6 См/км; L = 50 км |
R E* = 1 r ■ L ■ А" = 1 ■ 0,054 ■ 50 ■ 1000 = 0,026; Л 2 2 0 U Л2 2 230 2 X , =1 x ■ L ■ = 1 ■ 0,328 ■ 50 ■ 1000 = 0,155; 2 0 U Л2 2 230 2 Хь * = —--- А =---- 1^--1000 = 108,954; b 0 ■ L и Л2 3,47 ■Ю "6 ■ 50 230 2 _ 2 2 Qv =---=------= 0,018 З* Xb * 108,954 |
Трансформатор Т2 |
|
А Т2 = 2500 МВА; и ВНном = 230 кВ; U ННном = 115 кВ; u K2 = 11,5%; А Р К = 4600 Вт |
X T2 .= U K2- ■ 9^ = 115 . Ж = 0,046; Т2* 100 S T2 100 2500 RT2 ^А Р кЗ ^ б ^0 - 3 = 4600 ■ 10 00 ■ 10 - 3 = 4,36^0 - 4 ; Т2 S T22 2500 2 U ВНном 230 к т э — — — 2 T2 U ННном 115 |
Для рассматриваемой модели цепи передачи угловая характеристика активной мощности генератора (УХАМ) при отключенном АРВ с учетом активных сопротивлений описывается выражением:
_ Eq2 . E q * • U C*
P r* ( 5 ) = ——sin an + —-----sm( 5-an ), (1)
Z 11* Z 12*
где Z 11* и Z 12* – собственное и взаимное сопро-
тивления цепи передачи; a 11 и a12 - соответствующие сопротивлениям углы; δ – угол цепи передачи.
При работе генератора с АРВ пропорционального действия (АРВ ПД) выражение (1) может быть преобразовано к виду:
E ' *2
р г*( 5 ) = "^~sin a 11 +
Z 11*
+ E ’ q * • U C* • C0S( 5 q -5 ' q )
Z 12*
sin( 5-a 12 ) -
U C2* ---
X,*-X' d * d *
2 |pr*+ jXd *+ Zs*| • |pi
Г*
+ jX' d *+ ^ Z s *|
sin 2 5 , (2)
где E ' q * , 5 ' q - переходная ЭДС генератора и соответствующий ей угол цепи передачи; Z z , -
полное эквивалентное сопротивление относительно выводов генератора.
После преобразования схемы замещения и подстановки значений ее параметров в приведенные выше выражения УХАМ при отключенном АРВ принимает вид:
Р Г (5) = 8,56 + 584 sln(5 - 0,179°), МВт, (3)
а при работе с АРВ ПД:
Р Г(5) = 34,12 + 1059sin(5 -1 , 128°) -
-327,8sin2 5 , МВт. (4)
Полученные выражения необходимы при анализе статической устойчивости синхронного генератора, так как позволяют судить об условиях его работы и проводить оценку этих условий путем вычисления и сравнения запасов.
Имитационная модель в пакете MATLAB/ Simulink. Первоначально была собрана математическая модель, общая блок-схема которой приведена на рис. 3. Для этого использовались математические элементы из основной библиотеки «Simulink» и элементы, моделирующие процессы в трехфазных цепях, из дополнительной библиотеки «SimPowerSystems».
На рис. 3 синхронный генератор «SG» моделируется трехфазным элементом «Simplified Synchronous Machine pu Units (SSM)». На входы «Pm» и «E» подаются константы, отвечающие за мощность на валу ротора и ЭДС генератора. Отбор мощности на собственные нужды генератора «AP» выполнен элементом «Three-Phase Series RLC Load». Для моделирования трансформаторов «T1» и «Т2» применены элементы «Three-Phase Transformer», выполненные в двухобмоточном исполнении со схемами соединения обмоток, как показано на рис. 1. Двухцепная линия представлена в модели двумя параллельными элементами «Three-Phase PI Section Line», обозначенными как «L1» и «L2». В качестве энергосистемы «PS» применен элемент «Three-Phase Source», представляющий собой трехфазный источник питания c неизменной ЭДС.
Измерение режимных параметров цепи в модели реализовано блоками «S1»–«S4». Логическая схема для одного такого блока показана на рис. 4. На схеме по мгновенным значениям фазного тока и фазного напряжения вычисляются действующее значение линейного напряжения U ( t ) и величины активной P ( t ) и реактивной Q ( t ) мощностей, протекающих в цепи.

Рис. 3. Модель исследуемой цепи в пакете MATLAB/Simulink
Для измерения угла δ собран блок «D», логическая схема которого представлена на рис. 5. В блоке угол цепи передачи «Delta» вычисляется как угловая разница между ЭДС генератора «Eg1» и напряжением энергосистемы «Vs1» с учетом фазосдвигающего действия повышающего транформатора «Т1». Вычисление углов реализовано через блок «3-Phase Sequence analyzer», выделяющий амплитуду и фазу составляющей прямой последовательсти основной частоты.
Для удобства величины напряжений в узлах цепи передачи и активной и реактивной мощностей в её ветвях, измеряемые посредством блоков «S1»–«S4», выводятся на экран через элементы «Display». С целью визуализации зависимостей мощностей цепи передачи от угла δ использованы графические элементы «XY scope».
Моделирование в MATLAB/Simulink проводилось в два этапа. Первоначально с помощью блока «powergui» (кнопка «Load Flow and Machine Initialization») рассчитывался установившийся режим сети и определялись режимные параметры синхронного генератора, при этом задавались либо активная мощность и напряжение на его выводах, либо его активная и реактивная мощности, как показано на рис. 6. Затем выполнялся расчет мгновенных значений токов и напряжений в обмотках элементов схемы и других параметров в зависимости от времени.
Особое внимание было уделено вопросам выбора и задания параметров элементов имитационной модели, поскольку это представляет наибольший интерес и оказывает существенное влияние на сходимость расчета и результаты моделирования.
Особенности параметризации отдельных элементов. В библиотеке «SimPowerSystems» синхронный генератор может моделироваться системами дифференциальных уравнений разных порядков [21]. Наиболее детализированная модель генератора строится на системе уравнений 7-го порядка, получаемой путем предварительных преобразований общеизвестной системы уравнений Парка-Горева, дополненной уравнением движения ротора генератора. Такая модель позволяет проводить углубленный анализ переходных процессов, учитывать влияние демпферных обмоток, а также появление в цепях генератора составляющих токов разных частот. Для анализа статической и динамической устойчивости в пакете предлагается упрощенная модель генератора 3-го порядка с меньшим числом уравнений «Simplified Synchronous

Рис. 4. Блок измерителя мощности и напряжения в электрической цепи
Рис. 5. Блок измерителя угла δ цепи передачи

Рис. 6. Окно инициализации параметров генератора в блоке «powergui»
Machine pu Units (SSM)». Эта модель пренебрегает высшими гармониками и влиянием демпферных контуров, поэтому она была использована в данной работе. Параметры, введенные для генератора в модели, приведены в табл. 2.
В качестве индуктивного сопротивления ге- нератора задавалось синхронное индуктивное сопротивление Xd. Коэффициент демпфирования и постоянная инерции задавались в соответствии с рекомендациями из работы [11]. При этом по- следняя величина рассчитывалась через момент инерции следующим образом:
T J 2,74 ⋅ GD 2 ⋅ω 2 ном
H= = ном
2,74⋅250,67⋅30002
= = 7,226 с, 2⋅429⋅106
где TJ – постоянная инерции всего агрегата, с; GD 2 – момент инерции, т∙м2; P ном – номинальная активная мощность генератора, Вт; ωном – номинальная частота вращения ротора, об/мин.
Параметры силовых трансформаторов из «SimPowerSystems» задавались в соответствии с рекомендациями, предложенными в работе [18].
При этом для упрощения моделей не учитывалось насыщение их магнитопроводов («Saturable core») и соответственно характеристики намагничивания для них не задавались («Saturation Characteristic»). Параметры элементов вводились в относительных единицах в соответствии с табл. 3.
Отметим, что при задании параметров в относительных единицах индуктивности каждой из обмоток трехфазного трансформатора совпадают с их индуктивными сопротивлениями и для двухобмоточных элементов определяются путем деления пополам напряжения короткого замыкания u К . При этом активные сопротивления обмоток могут быть найдены по выражению:
1 ∆ P К ⋅ 10 - 3
R= ⋅ ном где ∆Pk – потери короткого замыкания, кВт; Sном – номинальная полная мощность трансформатора, МВА.
Активное сопротивление R m и индуктивность Lm цепи намагничивания в табл. 3 определялись с учетом того, что в моделях MATLAB/Simulink данная цепь представляется параллельным соеди-
Таблица 2
Параметры синхронного генератора «SG»
Параметр |
Ед. изм. |
Значение |
Номинальная полная мощность «Pn(VA)» |
ВА |
505·106 |
Номинальное напряжение «Vn(Vrms)» |
В |
20·103 |
Частота «fn(Hz)» |
Гц |
50 |
Постоянная инерции «H(sec)» |
с |
7,226 |
Коэффициент демпфирования «Kd(pu_T/pu_W)» |
– |
10 |
Число пар полюсов «p» |
– |
1 |
Активное сопротивление «R(pu)» |
о.е. |
0,0029 |
Индуктивное сопротивление «X(pu)» |
о.е. |
1,9065 |
Таблица 3
Параметры силовых трансформаторов «Т1» и «Т2»
R = 5 ном L = 100
m A P o .10 - 3 , m 1 0 ’
_ 2 R i + R o _2 L i + L o _R - R
R S = 3 , L S = 3 , R m = 3 ,
L m
L 0 - L 1
Cp
= C 1 , C g
3 C 1 C 0
где A P 0 - потери холостого хода, кВт; 1 0 - ток холостого хода, %.
Ввиду малого влияния этих величин на потоко-распределение мощностей в схеме замещения, показанной на рис. 2, в математической модели, рассмотренной ранее, они не учитывались. В свою очередь в имитационной модели с этой же целью значения Rm и Lm трансформатора связи «Т2» приравнивались к 106.
Модель трехфазной линии электропередачи «Three-Phase PI Section Line», реализованная в «SimPowerSystems», учитывает взаимоиндуктив-ные связи между проводами фаз, их емкостную связь с землей и поэтому требует ввода удельных параметров, таких как активные сопротивления прямой и нулевой последовательностей R 1 и R 0, индуктивностей этих последовательностей L 1 и L 0 и емкостей C 1 и C 0, соответственно.
Схема замещения линии с учетом всех трех фаз показана на рис. 7, а. Параметры на схеме связаны следующими соотношениями:
C 1
—
C 0
Из соотношений, принятых в программе, следует, что при моделировании симметричных режимов работы схемы параметры нулевой последовательности следует задавать равными параметрам прямой. Тогда схема замещения упрощается до однолинейной, показанной на рис. 7, б. На схеме r s — R m = R 1 и LS — Lm = L 1 , что соответствует ее общеизвестному представлению в расчетах установившихся режимов. В случае моделирования несимметричных режимов, например, несимметричных коротких замыканий, величину L 0 следует скорректировать с учетом наличия грозозащитного троса на линии и его параметров. Например, используя коэффициент X 0 X 1 из работы [22].
Также отметим, что в случае превышения длиной линии 50 км ее сопротивления автоматически корректируются программой по гиперболическим функциям.
Параметры, введенные для линий «L1» и «L2», даны в табл. 4.

2 ^- 2 ^_
а) б)
Рис. 7. Cхемы замещения линии электропередачи: а – трехфазная схема; б – однолинейная схема
Параметры линий электропередачи «L1» и «L2»
Таблица 4
Параметр |
Ед. изм. |
Значение |
Частота, fn(Hz) |
Гц |
50 |
Активное сопротивление ПП, R1(Ohms/km) |
Ом/км |
0,054 |
Активное сопротивление НП, R0(Ohms/km) |
Ом/км |
0,204 |
Индуктивность ПП, L1(Н/km) |
Гн/км |
1,044·10–3 |
Индуктивность НП, L0(Н/km) |
Гн/км |
2∙1,044·10–3 |
Емкость ПП, С1(F/km) |
Ф/км |
11,09·10–9 |
Емкость НП, C0(F/km) |
Ф/км |
11,09·10–9 |
Длина линии, (km) |
км |
50 |
В табл. 5 показаны значения параметров, задававшиеся при параметризации эквивалентной энергосистемы «PS», представленной в работе элементом «Three-Phase Source». Для элемента в программе указывается мощность трехфазного короткого замыкания на его выводах и соответствующее ей базисное напряжение. Так как в математической модели энергосистема была представлена источником бесконечной мощности, то для исключения влияния внутреннего сопротивления энергосистемы в программе её мощность короткого замыкания задавалась как большое значение, при котором сопротивления были бы пренебрежимо малы.
Параметры элемента «Three-Phase Series RLC Load», моделирующего отбор мощности на собственные нужды генератора, вводились в соответствии с табл. 1, при этом указывалась активная мощность, номинальное напряжение и частота сети.
Оценка результатов моделирования. Первоначально в собранной в программе схеме была выполнена проверка соответствия напряжений в узлах и потоков мощностей в ветвях значениям, рассчитанным по математической модели. Для этого в пакете были заданы номинальные активная и реактивная мощности синхронного генератора P 0 = 430 МВт и Q 0 = 266 МВар , как было показано на рис. 6, и выполнен расчет установившегося режима. Полученные значения и результаты их сопоставления приведены в табл. 6.
Из сравнения результатов видно, что разница значений не превысила 1%. При этом стоит отметить, что номинальная величина ЭДС генератора в модели составила Eq * = 2,57, это на 2 % больше расчетной величины. Из этого следует, что наибольшее отличие режимных параметров будет обусловлено моделью синхронного генератора и особенностями её реализации в MATLAB/Simulink.
Далее, варьируя параметр «Pm» в имитационной модели, соответствующий мощности на валу ротора генератора, была снята угловая характеристика активной мощности при отключенном АРВ. Для каждого значения активной мощности, выдаваемой генератором, рассчитывался установившийся режим и фиксировалось значение угла δ. При этом ЭДС возбуждения «E» в каждой точке была одинакова и равна номинальной. По полученным в итоге точкам строилась экспериментальная зависимость активной мощности генератора от угла δ, показанная на рис. 8, а. Там же приведена и расчетная кривая, получающаяся по выражению (3).
Кривая из программы проходит несколько ниже расчетной зависимости, различие между ними не превышает 4% при угле 5 = 90 ° , что в дальнейшем будет определять величину различия запасов статической устойчивости синхронного генератора, найденных по этим кривым.
В завершении было выполнено моделирование режимов работы генератора с сохранением неизменного напряжения на выводах путем регулирования его ЭДС. Для этого при каждом значении активной мощности, выдаваемой генератором, рассчитывался установившийся режим, однако, ЭДС возбужения не была постоянной, а каждый раз пересчитывалась из условия, что напряжение на выводах элемента остается равным номинальному. В результате была построена кривая, пока-заная на рис. 8, б, схожая по своей траектории с УХАМ генератора, полученной ранее по выражению (4) для АРВ ПД. Из сравнения графиков видно, что принципиальное отличие между кривыми
Таблица 5
Параметры эквивалентной энергоcистемы «PS»
Параметр |
Ед. изм. |
Значение |
Линейное напряжение, (Vrms) |
В |
110·103 |
Начальный сдвиг фазы «А», (degrees) |
град. эл. |
0 |
Частота, fn(Hz) |
Гц |
50 |
Режим нейтрали |
Yg |
|
Мощность трехфазного короткого замыкания, (VA) |
ВА |
1013 |
Базисное напряжение, (Vrms Ph-Ph) |
В |
110·103 |
Отношение X/R |
– |
7 |
Таблица 6
Сопоставление результатов имитационного моделирования с результатами расчетов по математической модели
Узел |
P , МВт |
Q , МВар |
U , кВ |
|||
MATLAB |
Расчёт |
MATLAB |
Расчёт |
MATLAB |
Расчёт |
|
S1 |
430,00 |
430,00 |
266,00 |
261,00 |
20,19 |
20,09 |
S2 |
421,90 |
422,00 |
217,00 |
217,00 |
232,20 |
232,27 |
S3 |
416,20 |
416,00 |
200,00 |
201,00 |
222,20 |
222,22 |
S4 |
416,00 |
– |
189,50 |
– |
110,00 |
– |
Δ, % |
0,024 |
0,793 |
0,178 |

а)
Рис. 8. Угловые характеристики активной мощности: а – при отключенном АРВ; б – при АРВ ПД

б)
начинается только при углах 5 > 80 ° , а при меньших углах разница несущественна или практически отсутствует.
Заключение
В процессе выполнения работы были достигнуты следующие результаты.
-
1. В пакете MATLAB/Simulink собрана имитационная модель цепи передачи, включающая синхронный генератор, линию электропередачи, силовые трансформаторы, модули измерений и рассмотрены особенности их реализации.
-
2. Выполнено моделирование установившего режима и проведено сравнение режимных параметров и угловой характеристики активной мощности синхронного генератора, полученных в модели, с рассчитанными классическим способом.
-
3. Рассмотрены особенности параметризации отдельных элементов в пакете MATLAB/Simulink, показан пример ввода параметров и даны некоторые рекомендации.
Таким образом, результаты работы будут полезны при изучении особенностей применения пакета MATLAB/Simulink в решении задач моделирования установившихся и переходных режимов электроэнергетических систем.
Список литературы Особенности применения пакета MATLAB/Simulink для анализа статической устойчивости синхронных генераторов в энергосистеме
- Горев, А.А. Избранные труды по вопросам устойчивости электрических систем/А.А. Горев. -М.; Л.: Госэнергоиздат, 1960. -260 с.
- Жданов, П.С. Вопросы устойчивости электрических систем/П.С. Жданов; под ред. Л.А. Жукова. -М.: Энергия, 1979. -456 с.
- Веников, В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах/В.А. Веников. -М.: Высшая школа, 1978. -536 с.
- Гуревич, Ю.Е. Расчеты устойчивости и противоаварийной автоматики в энергосистемах/Ю.Е. Гуревич, Л.Е. Либова, А.А. Окин. -М.: Энергоатомиздат, 1990. -390 с.
- Бугров, В.Г. Электромеханические переходные процессы в системах электроснабжения: учебное пособие для специальности 100400 «Электроснабжение»/В.Г. Бугров. -Тверь: ТГТУ, 2005. -115 с.
- Устойчивость электроэнергетической системы из двух электрических станций с регулируемой продольной компенсацией/В.П. Голов, А.А. Мартиросян, И.А. Москвин, А.А. Виноградова//Вестник ИГЭУ. -2012. -Вып. 5. -С. 1-7.
- Калентионок, Е.В. Управление реактивной мощностью генераторов электростанций для повышения устойчивости электроэнергетических систем/Е.В. Калентионок, Ю.Д. Филипчик//Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. -2009. -Вып. 6. -С. 23-30.
- Илюшин, В.С. О некоторых вопросах оценки устойчивости в предельных режимах электроэнергетических систем/В.С. Илюшин, А.В. Чумаков//Известия Тульского государственного университета. Технические науки. -2009. -Вып. 1-2. -С. 63-67.
- Годяцкая, Е.А. Выбор начальных приближений для расчета допустимых по статической устойчивости режимов электроэнергетической системы/Е.А. Годяцкая, К.В. Карташева//Научное сообщество студентов XXI столетия. Технические науки: сб. ст. по материалам XI междунар. студ. науч.-практ. конф. № 11. -2013. -С. 127-134.
- Москвин, И.А. Колебательная статическая устойчивость электроэнергетической системы с межсистемной связью, содержащей регулируемое устройство продольной компенсации/И.А. Москвин//Вестник ИГЭУ. -2013. -Вып. 5. -С. 1-5.
- Забелло, Е. Применение прикладных программ в расчетах режимов и устойчивости работы собственных генерирующих источников при их параллельной работе с энергосистемой/Е. Забелло, В. Тополев//Энергетика и ТЭК. Наука для практики. -2011. -№ 9/10. -С. 20-22.
- Енин, В.Н. Моделирование переходных процессов и анализ динамической устойчивости синхронных генераторов при воздействии больших возмущений/В.Н. Енин, А.В. Степанов//Наука и образование. -октябрь 2012. -№10. -С. 495-503.
- Имитационная математическая модель синхронной магнитоэлектрической машины в генераторном режиме в среде Matlab Simulink/Е.В. Волокитина, В.В. Никитин, Ю.Г. Опалев, Ф.Г. Тебеньков//Электроснабжение и электрооборудование. -2011. -№4. -С. 21-25.
- Блинцов, В.С. Особенности управления электроэнергетической системой с последовательно включенными синхронными генераторами/В.С. Блинцов, Нгуен Тхань Хай//Математика и кибернетика -фундаментальные и прикладные аспекты. -2011. -3/4 (51). -С. 18-24.
- Корнеев, В.В. Проектирование синхронного генератора с постоянными магнитами/В.В. Корнеев, А.Г. Приступ//Технические науки -от теории к практике: сб. ст. по матер. XXIII междунар. науч.-практ. конф. -Новосибирск: СибАК, 2013. -С. 106-113.
- Математическая модель электроагрегата мини-ТЭЦ на базе явнополюсного синхронного генератора/Г.Я. Вагин, Е.Б. Солнцев, А.М. Мамонов, А.А. Петров//Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. -2015. -Т. 326, № 8. -С. 92-101.
- Кулешова, Е.О. Моделирование одномашинной энергосистемы с помощью передаточных функций в Matlab/Simulink/Е.О. Кулешова, Н.В. Шишка//Современные проблемы науки и образования -2013. -№ 2. -С. 1-6.
- Новаш, И.В. Расчет параметров модели трехфазного трансформатора из бибилиотеки Matlab/Simulink с учетом насыщения магнитопровода/И.В. Новаш, Ю.В. Румянцев//Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. -2015. -Вып. 1. -С. 12-24.
- Коржов А.В. Моделирование схем замещения изоляции кабелей 6(10) кВ для оценки частичных разрядов с учётом режимов их работы в распределительной сети/А.В. Коржов//Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». -2015. -Т. 15, № 4. -С. 32-39 DOI: 10.14529/power150405
- Хохлов Ю.И. Моделирование электромагнитных процессов в межсистемной компенсированной ЛЭП постоянного тока с примыкающими энергосистемами разных частот/Ю.И. Хохлов//Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». -2006. -Вып. 6, № 9. -С. 4-10.
- Spoljaric, Z. Synchronous generator modeling using Matlab/Z. Spoljaric, K. Miklosevic, V. Jerkovic. -http://www.academia.edu/9518648/Synchronous_Generator_Modeling_Using_Matlab.
- RD 153-34.0-20.527-98. Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования/под ред. Б.Н. Неклепаева. -М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2002. -152 с.