Разработка алгоритмического и методического комплекса исследований динамической устойчивости электроэнергетических систем со статическими накопителями электроэнергии

4.9. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4.

Синтезированы оптимальные и квазиоптимальные законы управления для СПИНЭ в составе ЭЭС в линеаризованном и нелинейном представлении. Синтез законов управления основан на принципе максимума Понтрягина.

При синтезировании законов оптимального управления в линеаризованной ЭЭС были выявлены параметры системы, по которым регулирование СПИНЭ даёт наибольший эффект в обеспечении динамической устойчивости и демпфировании электромеханических колебаний. Такими параметрами являются отклонение угла ротора эквивалентного генератора и его скольжение. Законы управления, дающие наибольшее демпфирование, были, получены при решении задачи оптимального управления с задаваемой степенью затухания переходного процесса. С увеличением задаваемой степени устойчивости возрастает эффективность демпфирования электромеханических колебаний ЭЭС.

На основе исследования линеаризованной ЭЭС был получен линейный регулятор для СПИНЭ, в котором используется сигнал скольжения ротора эквивалентного генератора. Линейный регулятор был опробован в нелинейной системе и показал хорошие результаты в решении задачи увеличения пределов динамической устойчивости и демпфирования электромеханических колебаний.

Затем синтез закона управления был проведён для ЭЭС в нелинейном представлении. Для синтеза закона управления был модифицирован принцип максимума Понтрягина, который в своей начальной постановке применим к системам, моделируемым только дифференциальными уравнениями. Принцип максимума Понтрягина был адаптирован для применения к системам, моделируемым как дифференциальными, так и алгебраическими уравнениями.

С помощью адаптированного принципа максимума Понтрягина могут быть решены задачи нахождения оптимального управления устройствами, потребляющими и выдающими активную и реактивную мощность. Причём эти устройства могут находиться в любом узле ЭЭС произвольной конфигурации.

На основе адаптированного принципа максимума Понтрягина был синтезирован закон оптимального управления. Согласно этому закону, СПИНЭ должен регулироваться по величине скольжения ротора эквивалентного генератора передающей станции: при положительном скольжении накопитель потребляет мощность, а при отрицательном выдаёт в систему. Для реализации такого закона управления необходим сигнал скольжения, который должен передаваться с электростанции, что требует наличия канала передачи текущей информации.

Реализация закона оптимального управления может быть осуществлена на основе измерения и обработки местных параметров подстанции со СПИНЭ. Таким образом, СПИНЭ может регулироваться в соответствии с квазиоптимальным законом управления по знаку и величине временного j интеграла от отклонения мощности, притекающей к подстанции со СПИНЭ от передающей станции.

Все алгоритмы, разработанные для СПИНЭ, могут быть применены к остальным типам накопителей электрической энергии после модификаций, определяемых типом накопителя.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. Разработаны математические модели известных видов накопителей электрической энергии для анализа установившихся режимов и электромеханических переходных процессов. Разработанные модели имеют одинаковую структуру и различаются составом физических и технических ограничений, что позволяет в расчётах переходить от модели одного вида накопителя к модели другого не изменяя алгоритма расчёта. Для СПИНЭ даны рекомендации по использованию упрощённых моделей.

2. На примере ЭЭС станция-шины бесконечной мощности с промежуточным отбором показано, что при регулировании СПИНЭ по знаку скольжения ротора эквивалентного генератора могут быть решены задачи динамической устойчивости системы и демпфирования электромеханических колебаний. При использовании СПИНЭ совместно с форсировкой возбуждения генераторов передающей станции и СТК величина прироста пределов динамической устойчивости системы составляет 11%.

3. Выявлена тенденция изменения эффективности использования СПИНЭ в зависимости от его положения относительно передающей станции и параметров аварийных и послеаварийных режимов, энергоёмкости и максимальной мощности тиристорного преобразователя накопителя. Наибольший эффект от использования СПИНЭ для повышения динамической устойчивости ЭЭС проявляется при присоединении НЭЭ к шинам генератора.

4. Разработан метод, который позволяет применить принцип максимума Понтрягина к решению задач оптимального управления при моделировании нелинейных динамических систем как дифференциальными, так и алгебраическими уравнениями. Наличие подсистемы алгебраических уравнений приводит к усложнению алгоритма решения задачи оптимального управления, значительно возрастает порядок системы уравнений и ухудшаются условия сходимости итерационного процесса решения. Тем не менее этот метод позволяет расширить область применения принципа максимума Понтрягина на системы, содержащие управляемые устройства в любом узле ЭЭС.

5. Синтезированы законы управления СПИНЭ на основе принципа максимума Понтрягина для решения задач увеличения пределов динамической устойчивости и демпфирования колебаний ЭЭС. С помощью принципа максимума были найдены предельные возможности управления накопителем в ЭЭС станция-шины бесконечной мощности с промежуточным отбором.

6. Показано, что регулирование СПИНЭ по величине и знаку скольжения обеспечивает близкие к оптимальным переходные процессы в ЭЭС — станция-шины бесконечной мощности с промежуточной подстанцией. При таком управлении накопителем реализуются его предельные возможности в управлении переходным режимом энергосистемы.

7. Получен и испытан закон управления СПИНЭ по отклонению временного интеграла мощности линии. При управлении накопителем по этому закону траектории движения динамической системы практически совпадают с оптимальными. Этот закон управления реализуется на основе измерения и обработки параметров, доступных по месту установки НЭЭ.

1. Горнштейн В. М. Методы оптимизации режимов энергосистем. — М.: Энергоатомиздат, 1981. -336 с.

2. Веников В. А. Журавлев В. Г., Филиппова Т. А. Оптимизация режимов электростанций и энергосистем. —2-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1990. -349 с.

3. Астахов Ю. Н., Веников В. А., Тер-Газарян А. Г. Роль накопителей энергии в энергосистемах//Труды МЭИ, 1980. Вып. 486. С. 65−71.

4. Накопители энергии: Учеб. пособие для вузов/ Д. А. Бут, Б. Л. Алиевский, С. Р. Мизюрин, П.В. ВасюкевичПод ред. Д. А. Бута. — М.: Энергоатомиздат, 1991.-400 е.: ил.

5. Гулиа Н. В. Накопители энергии. М.: Наука, 1980. -151 с.

6. Гидроаккумулирующие электростанции. Строительство и эксплуатация/ Н. И. Серебряников, В. Г. Родионов, А. П. Кулешов. -М.: НЦ ЭНАС, 2000. -335 е.: ил.

7. Фернандес Р. А. Новые принципы аккумулирования энергии и их применение в энергосистемах/ В кн.: Энергетика мира. М.: Энергия, 1976.

8. Михайлов А. К. Перспективы создания сверхпроводящих накопителей электроэнергии// Энергохозяйство за рубежом. 1976, № 2, С. 1—4.

9. Жебит В. А., Зарубежные разработки технологии аккумулирования энергии в сверхпроводящих накопителях. М.: ин-т «Информэлектро», 1981. -33 е.: ил.

10. Кукол ев М. И. Основы проектирования тепловых накопителей энергии/ -Петрозавод. гос. ун-т. Петрозаводск, 2001. -238 е.: ил.

11. Thermal energy storage using a phase change material/ M.A. Hamdan, F.A. Elwerr// Solar Energy, Vol. 56, № 2. Pp. 183−189.

12. Накопители энергии в электрических системах: Учеб. пособие для электроэнергет. спец. вузов/ Астахов Ю. Н., Веников В. А., Тер-Газарян А.Г. -М.: Высш. шк., 1989. 159 е.: ил.

13. Тенденции разработок сверхпроводящих индуктивных накопителей/ Murakami Yoshishige// OHM 1991 — 78, № 12, с. 3 8−43. (.

14. Peterson Н.А., Mohan N., Boom R.W. Superconductive energy storage inductor-converter units for power systems. IEEE Trans, on Power Apparatus and Systems 1975; 94(4): 1337−1348.

15. Luongo C.A. Superconductiing storage systems: an overview. IEEE Trans, on Magnetics 1996,32(4) :2214−2223.

16. Возможности транспорта электрической энергии с помощью линейных накопителей энергии/ Ю. Н. Астахов, В. А. Веников, А. Г. Сумин, А. Г. Тер-Газарян/ Труды МЭИ, 1983. Вып. 619. С. 59—64.

17. Вентильные преобразователи на базе полностью управляемых тиристоров/ О. Г. Булатов, С.В. ОдыньНауч. ред. А. Я. Бернштейн /Итоги науки и техники ВИНИТИ. -М.: ВИНИТИ, т.2, 1979. -111 с., ил.

18. Новые силовые полупроводниковые приборы и технология ихизготовления: Сб. науч. тр. / Всесоюз. Электротехн. ин-т им. ЛенинаПодIобщ. Ред. А. Н. Думаневича. М.: ВЭИ, 1991. — 239с.: ил.

19. Воронин П. А. Силовые полупроводниковые ключи: семейства, характеристики, применение. М.: Изд. Дом Додэка. XXI, 2001.

20. Distributed energy storage for power systems Selected problems / K. Feser, Z.A. Styczynski Hrsg. — Aachen: Mainz, 1988.

21. Рубинраут A.M., Бурбаева H.B. Сверхпроводниковый индуктивный накопитель энергии для повышения динамической устойчивости энергосистемы с синхронной нагрузкой/ Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт, 1977, № 4.

22. Строев В. А., Никитин Д. В., Гремяков А. А., Кузнецов О. Н. Функциональные возможности применения накопителей энергии в электроэнергетических системах. // Вестник МЭИ, 2001, № 1. -с. 33−39.

23. Применение сверхпроводящей катушки индуктивности для повышения динамической устойчивости ЭЭС. Application of a superconducting coil for transient stability enhancement/ El-Amin M., Mushtag Hussain M.// Elec. Power. Syst. Res. 1989 — 17, № 3, c. 219−228.

24. Tan Y. L, Wang Y. Augmentation of transient stability using a superconducting coil and adaptive non-linear control. IEEE Trans, on Power Systems 1998; 13(2): 361−366.

25. Mitani Y., Tsuji К, Murakami Y. Application of SMES to improve power system dynamic performance. IEEE Trans, on Power Systems 1988; 3(4): 1418−1425.

26. Wu C.J., Lee Y.S. Application of superconducting magnetic energy storage to improve the damping of synchronous generator. IEEE Trans, on Energy Conversion 1991; 6(4): 573−578.

27. Simo J.B., Kamwa I. Exploratory assesment of the dynamic behaviour of multimachine stabilized by a SMES unit. IEEE Trans, on Power Systems 1995; 10(3): 1566−1571.

28. Schermer R.I., Boeing H.J., Dean J. 30 MJ superconducting magnetic energy storage for BPA transmission line stabilizer. IEEE Trans, on Magnetics 1981; 17(5): 1950;1953.

29. Rogers J.D., Schermer R.I., Miller. B.L., Hauer J.F. 30 MJ superconducting magnetic energy storage system for utility transmission line stabilization. Proc. of the IEEE 1983; 71(9): 1099−1107.

30. Pal B.C. Robust Damping Control of Intera-area Oscillations in Power Systems With Superconducting Magnetic Energy Storage Devices. Ph.D. dissertation. Imperial College, University of London, 1999.

31. O.N. Kuznetsov, D.V. Nikitin, Stroev V.A. Power system transient stability analysis with the account of SMES. 11th Power System Automation Conference, Bled, Slovenia, 1999, pp. 149−154.

32. Borgard L. Grid voltage support at your fingertips.- Transmission&Distribution World. October 1999.

33. Сверхпроводниковые токоограничивающие устройства и индуктивные накопители энергии для электроэнергетических систем. И. З. Глускин, Г. А. Дмитриева, М. Ш. Мисриханов, В. Г. Наровлянский, И. В. Якимец, М.: Энергоатомиздат, 2002. — 373 с.

34. Строев В. А., Селиджанов P.M. Управление переходными режимами в электрических системах/ Под ред. Пуго В. И. М.: Изд-во МЭИ, 1992. — 91с.

35. Веников В. А., Портной, М. Г. Теория оптимального управления электрическими системами и задачи повышения устойчивости/ — Электричество, 1974, № 3.

36. Петров Ю. П. Использование принципа максимума для нахождения оптимального закона регулирования синхронной машины. — Электричество, 1964, № 10.

37. Веников В. А., Портной М. Г. Теория оптимального управления электрическими системами и задача повышения их устойчивости/ — Электричество, 1971, № 2.

38. К вопросу оптимального управления переходными процессами в электроэнергетических системах. On optimal control of transients in not-verylarge electrical power systems. Venikov V.A., Tawfik M.A.H. «Rob. and Autom.t.

39. Proc. IASTED Int. Symp., Lugano, June 22−24, 1983." .

40. Понтрягин JI.C., Болтянский В. Г., Гамекрелидзе P.B., Мищенко Е. Ф., Математическая теория оптимальных процессов. М.: Наука, Гл. ред. физмат. лит., изд. 3-е изд., 1976. -392 с.

41. Электрические системы: Управление переходными режимами электроэнергетических систем. Учебник/ Веников В. А., Зуев Э. Н., Портной М. Г. и др.- Под ред. В. А. Веникова. — М.: Высш. школа, 1982. 247 е., ил.

42. Веников В. А., Строев В. А., Тауфик М. А, Штробель В. А. Об одном подходе в оценке эффективности регулирующих устройств в электроэнергетических системах/ — Электричество, 1978, № 4. С. 9−13.

43. Salomeh Z.M., Casacca М.А., Lunch W.A. A mathematical model for lead-acid batteries.// IEEE transactions on Energy Conversion. March 1992. Vol. 7. № 1. Pp 93−97.

44. Разработка теоретических основ моделирования и исследования режимов работы сложных электроэнергетических систем, содержащих накопители электроэнергии. Отчет о НИР. Рук. работы Строев В. А. Гос. per. № 1 200 001 476, инв. № 2 200 106 275. -М., МЭИ, 2001. 46 с.

45. Поссе А. В. Общие закономерности, характеризующие работу многофазных преобразователей/ — Электричество, № 5, 1963.

46. Поссе А. В. Схемы и режимы электропередач постоянного тока. Л.: Энергия, 1973. -303 е., ил.

47. Веников В. А., Рыжов Ю. П. Дальние электропередачи переменного и постоянного тока. Учебн. Пособие для вузов. — М.: Энергоатомиздат, 1985. — 272 е., ил.

48. Размадзе М. М. Исследование двенадцатифазной параллельной вентильной схемы. Тр. Грузинского политех, инст., № 29, Тбилиси, 1953.

49. Глинтерник С. Р. Электромагнитные процессы и режимы мощных статических преобразователей. — Л.: Наука. Ленингр. отд-ние, 1968, — 308 с.

50. Богачков М. Л., Глинтерник С. Р., Новицкий В. Г. Математическое моделирование режимов работы мощных преобразователей в электрических системах/ Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт, 1967, № 5.

51. Емельянов А. В. Особенности работы мощных преобразователей приоднофазных КЗ в системе переменного тока. В сб.: Электроэнергетика, вып.2, Изд. АН СССР, М., 1960.

52. Емельянов А. В. Работа мощных преобразователей при несимметричном питании системы. В сб. работ по вопросам электромеханики, вып.6, Изд. АН СССР, М.-Л., 1961. с. 50−60.

53. Емельянов А. В., Кожарин Б. К. Влияние схем соединения трансформаторов на работу ионных преобразователей при несимметрии в системе переменного тока. В сб. работ по вопросам электромеханики, вып.8, Изд. АН СССР, М.-Л., 1963. с. 83−96.

54. Емельянов А. В., Синьков В. М. Выпрямленное напряжение при двухполюсном замыкании в цепи питании схемы Ларионова/ — Электричество, № 2, 1952.

55. Богачков М. Л. Математическое моделирование переходных процессов в системах с мощными преобразователями. В сб.: Системы возбуждения ирегулирования синхронных машин и мощные статические преобразователи, М.-Л.: Наука, 1967.

56. Лунутин В. А Расчёт динамической устойчивости электрических систем с мощными преобразователями. Изв. Томского политех, инст., т. 94, 1958.

57. Железко Ю. С. Компенсация реактивной мощности и повышение качества электроэнергии. -М.: Энергоатомиздат, 1985. —224 с, ил.

58. Барковский Б. С. Влияние несимметрии и несинусоидальности нагрузки на работу трансформаторов и турбогенераторов. — Омск, 1964/вып. дан. 1965.

59. Ивакин В. Н., Сысоева Н. Г., Худяков В. В. Электропередачи и вставки постоянного тока и статические тиристорные компенсаторы. М.: Энергоатомиздат, 1993. -334 с.

60. Доброусин Л. А. Широкополосные фильтрокомпенсирующие устройства для тиристорных преобразователей. / Электричество, 1985, № 4.

61. Глинтерник С. Р. Тиристорные преобразователи со статическими компенсирующими устройствами. — Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1988.-240 е.: ил.

62. Системы управления вентильными преобразователями Сб. статей/ Отв. ред. Гутнин Б. М. М.: Тр. ВНИИЭМ/ ВНИИ электромеханикиТ. 67. 1982.

63. Системы управления и передачи информации в электроэнергетике Сб. статей/ Отв. ред. Амбросович В. Д. М.-Л.: Наука, Ленингр. отд-ние, 1966.

64. Системы управления тяговым приводом с повышенными энергетическими показателями Сб. ст. — М.: 1988. -108 е.: ил. — Московский Энергетический Институт, Сб. науч. трудов № 183.

65. Зуев Э. Н., Строев В. А. Математическое описание элементов электрической системы. М.: МЭИ, 1983.

66. Веников В. А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах: Учеб. Для электроэнергет. Спец. вузов. 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Высш. Шк., 1985. — 536 е., ил.

67. V.A. Stroev, D.V. Nikitin, S.V. Shulgenko, N.I. Voropai. Load flow calculations for power systems with energy storages. EES AT Proceedings, June 1998, Chester U.K., pp. 137−144.

68. Самарский А. А., Гулин А. В. Численные методы: Учеб. Пособие для вузов. — М.: Наука, Гл. ред. физ-мат. лит., 1989. 392 с.

69. Определение границ интервалов линаризации в задачах моделирования нелинейных систем. Determination of the bounds of linearization sectors in nonlinear system modelling. /Harsanyi, L., Kultan, J. //Electrotechn. cas. -1992. -т. 43, № 2.-C. 49−51.

70. Описание систем в пространстве состояний. Г. А. Пикина/ Под ред. Э. К. Аракеляна. М.: Изд-во МЭИ, 1994. -28 с.

71. Квакернаак X., Сиван Р. Линейные оптимальные системы управления. М.: Мир, 1977. -650 с.

72. Веников В. А., Строев В. А., Тауфик М. А. Об одном алгоритме решения задачи оптимального управления переходными процессами в электроэнергетических системах/ Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт, 1978, № 4. С. 17−26.

73. О применении метода квазилинеаризации для расчётов оптимальных систем/ Островский Г. М., Борисов В. В., Волин Ю. М., Шумуков Л. Н. — Изв. вузов Энергетика, 1968, № 11.