Раздел 2
Разработка метода и математических моделей оценки уровня функционирования ЭС на
основе структурной связности
2.1. Основные принципы разработки математических
моделей электрических систем в условиях
внешних возмущений
Современный этап развития методов и способов математического моделирования как
естественных, так и искусственных технических систем, характеризуется двумя
взаимосвязанными явлениями. Во–первых, значительным усложнением научных и
инженерных задач, решаемых методами математического моделирования,
обусловленное интенсивным развитием различного рода эксплуатируемых человеком
технических систем. Во–вторых, стремительным ростом возможностей человечества
для решения такого рода задач, обусловленного революционным развитием средств
вычислительной техники и программирования. Указанные процессы определяют
следующие основные тенденции и требования, предъявляемые к развитию методологии
математического моделирования:
повышение внимания к проблемам решаемых задач высокой размерности;
значительное повышение уровня автоматизации при постановке задач моделирования
на ЭВМ, их решении и анализе полученных результатов;
необходимость тесной увязки разрабатываемых методов и алгоритмов моделирования
со структурой вычислительных систем и систем управления, реализующих результаты
моделирования в технических системах.
Указанные тенденции особенно характерны для моделирования режимов работы,
анализа и управления электроэнергетическими системами, являющихся самыми
большими и многомерными из всех существующих искусственных технических систем.
Реализация принципов построения иерархических моделей ЭС позволила автору, в
рамках решения задачи оценки уровня функционирования ЭС, сформулировать
основные принципы построения общей модели системы. В состав последней будут
входить объекты двух классов: силовые объекты, представляющие собой
совокупность узлов генерации и потребления, линий передач, трансформаторных
подстанций, устройств компенсации и объекты управляющего и информационного
характера, компонующиеся из совокупности средств релейной защиты,
противоаварийной автоматики, телемеханники, а также всей системы диспетчерского
управления. Объекты объединяются между собой связями двух типов: физическими
(силовые объекты) и информационно–управляющими (силовые объекты и объекты
информационно–управляющего характера).
С учетом этих положений простейшая одномашинная система (например, линия с
односторонним питанием) может быть представлена в виде совокупности трех
силовых объектов (рис. 2.1.a) — генератора, линии и потребителя (объекты 1, 2,
3), связанных между собой физическими связями (связи a и b). Если в данную
систему ввести средства защиты и управления, например, дифференциальную защиту
линии, то это будет соответствовать вводу в состав модели системы четвертого
объекта информационно–управляющего типа (рис. 2.1.б), (устройство
дифференциальной защиты), объединяемого с объектом 2 (ЛЭП) связью «c»
информационно–управляющего типа.
Рис.2.1. Общая модель простейшей ЭС — линии с односторонним питанием.
Агрессивность внешней среды в рассматриваемой модели будет представляться
совокупностью некоторых возмущающих воздействий на объекты системы, либо
выводящих их из работы и, соответственно, из состава модели, либо снижающих
уровень функционирования объектов. Последнюю ситуацию можно рассматривать как
вывод из состава модели одного или некоторого количества из параллельно
включенных объектов.
Современная ЭС несомненно представляет собой совокупность объектов различного
«веса». В состав ЭС могут входить, например, как крупные энергоблоки, так и
маломощные генераторы, слабые и сильные связи, значимость которых для уровня
функционирования системы различна. В рамках решения задачи по оценке
функционирования ЭС, очевидно, необходимо уметь выделить некоторую часть
системы, называемую «ядром» и представляющую собой совокупность важнейших
объектов ЭС, формирующих основу режима функционирования исследуемой системы. В
состав ядра входят крупные генерирующие узлы, системообразующие линий связи и
наиболее ответственные узлы нагрузки. Включение последних в состав ядра системы
объясняется следующими соображениями. Развитие аварийной ситуации в системе
зачастую обуславливается отключением ряда потребителей (за счет устройств АЧР и
САОН). Однако, как отмечается в [84], такое частичное отключение нагрузки
потребителей не связано с отказом системы по живучести, поскольку даже при
потере части нагрузки система сохраняет свою целостность и работоспособность.
В общем случае под ядром понимается совокупность электротехнических объектов
ЭС, определяющих предельно допустимый режим работы исследуемой системы, и
возникновение в системе неблагоприятных внешних возмущений, прикладываемых к
объектам ядра будут вызывать существенное снижение уровня функционирования ЭС,
как показано в следующем выражении:
, (2.1)
где S — множество всех элементов ЭС; Sk — множество элементов ядра ЭС; j —
вектор–функция формального уровня функционирования ЭС; — значение
вектор–функции при внесении внешнего неблагоприятного возмущения в объект sk
ядра системы.
Способность ЭС эффективно поглощать внешние возмущения определяется структурной
связностью ядра ЭС, под которой в работе понимается топологическая,
электрическая, функциональная и информационная связность.
Возникновение в системе внешних возмущений связано с высвобождением и развитием
в ядре системы сил, направленных на разрушение его функциональной целостности и
связности. В тех случаях, когда если эти силы окажутся способными разрушить
связанность ядра, следует
- Київ+380960830922