Глава 12

12.8. Применение средств вычислительной техники

Из-за многообразия взаимосвязанных показателей и воздействующих факторов описание режима работы и переходных процессов в сложных СЭС является трудновыполнимой задачей. При целенаправленном анализе переходных процессов ее упрощают путем выделения наиболее существенных факторов и показателей. На их основе создается модель исследуемого явления. Изучение свойств различного рода моделей с учетом принятых допущений отражает свойства реальных процессов в СЭС, позволяет сделать исследование многофакторным и наглядным, автоматизировать вычислительные операции и оперативно решать системы уравнений, описывающих переходные и установившиеся процессы с достаточной для практики точностью.

В зависимости от сложности изучаемых процессов используются различного рода модели, которые и предопределяют применение конкретных вычислительных средств [15].

При исследовании статической устойчивости по «сползанию» с использованием критерия равенства нулю свободного члена характеристического уравнения или эквивалентных ему практических критериев, а также при анализе и расчете синхронной динамической устойчивости в одном-двух циклах качаний по методу последовательных интервалов применяются статические и динамические модели переменного тока.

Статическая модель переменного тока представляет собой набор элементов (генераторных, трансформаторных, линейных и нагрузочных), позволяющих в определенном масштабе воспроизводить (моделировать) однофазную схему замещения исследуемой системы.

Динамическая модель переменного тока отличается более совершенными элементами моделирования генераторов, двигателей и нагрузочных элементов Она дает возможность автоматически воспроизводить установившиеся и переходные процессы в системе и автоматически регистрировать их показатели.

Для оценки статической устойчивости по характеру переходного процесса при малом возмущении системы и для оценки динамической устойчивости по характеру изменения относительных углов синхронных машин и напряжений, а также для исследования всех видов устойчивости систем с небольшим числом источников и учете влияния регуляторов частоты вращения и возбуждения генераторов и их характеристик используются аналоговые ЭВМ. Это машины непрерывного действии, которые состоят из набора операционных элементов (усилителей постоянного тока) и выполняют операции сложения, умножения, интегрирования, дифференцирования, преобразования функций и т. д.

Для аналоговых ЭВМ независимой переменной является физическая переменная - время. В такую машину вводится система уравнений, описывающих переходный процесс в рассматриваемой электрической системе с учетом переходных процессов в ее регулирующих устройствах. Если решение ведется в реальном масштабе времени, то к машине могут быть подключены реальные регуляторы, Увеличение количества источников в исследуемой системе приводит к значительному увеличению числа операционных элементов, включаемых в модель. Это затрудняет ввод задачи в машину и снижает точность решения.

Для расчета устойчивости электрических систем по различным критериям могут применяться цифровые ЭВМ. Они отвечают высоким требованиям точности расчетов сложных систем с учетом большого числа факторов. Единственным требованием при их использовании является требование математического описания переходных процессов и действия факторов. Применение цифровых ЭВМ также целесообразно при большом диапазоне изменений показателей системы и расчетных условий, оценке принимаемых в анализе устойчивости допущений.

Для исследования устойчивости и анализа происходящих процессов со сложным их математическим описанием могут применяться физические модели. Они используются при исследовании новых технических средств повышения устойчивости, разработке новых регуляторов и устройств автоматического управления. Физическое моделирование осуществляется для воспроизведения на модели физических явлений, подобных тем, которые происходят в реальной исследуемой системе. Физическая модель представляет собой уменьшенную копию системы, где все элементы (генераторы, трансформаторы, ЛЭП, нагрузки и др.) выполняются физически подобными соответствующим реальным элементам.

Сочетание расчетов на моделях переменного тока, аналоговых и цифровых ЭВМ с экспериментами на физических моделях и действующих СЭС является наиболее эффективным методом исследования переходных процессов и устойчивости.