Приложение В (справочное). Рекомендации по аналитическим исследованиям

Приложение В
(справочное)

Рекомендации
по аналитическим исследованиям

В.1 Методология аналитических исследований

В.1.1 Общие положения

Аналитические исследования следует выполнять с использованием имеющегося коммерческого программного обеспечения или программного обеспечения, разработанного на основе технических условий. Программное обеспечение имеет валидированную предметную область, а также были валидированы его точность и соответствие положениям промышленных стандартов.

Имитационные инструменты позволяют выполнять имитационное моделирование физических явлений, используя значительные вычислительные ресурсы.

Они состоят:

- из вычислительных кодов для решения физических уравнений,

- из препроцессоров для вычислений введенных данных,

- из постпроцессоров для вычисления результатов.

В.1.2 Процесс

В.1.2.1 Общие положения

Общая цель анализа электроэнергетической системы - понять комплексное поведение реальной системы. Аналитические исследования поддерживают безопасность станции путем определения и верификации критериев калибровки оборудования во всех постулируемых рабочих условиях. На рисунке В.1 приведен общий вид системного подхода к основным шагам, которые следует сделать при комплексном анализе.

Примечание - Блок-схема объяснена в тексте. Выход из блок-схемы из блока "сравнение".

Рисунок В.1 - Краткий обзор аналитических исследований

В.1.2.2 Качественный анализ

Предварительный анализ на основе знаний и опыта дает обзор с качественной точки зрения важных параметров, которые нужно исследовать и развивать дальше.

В.1.2.3 Явления и события

Эта ступень состоит из выбора явлений, в отношении которых предприняты вычисления. Используемая модель и программа должны быть пригодны для диапазона частот исследуемого явления. См. рисунок В.2.

Рисунок В.2 - Явления

В.1.2.4 Количественный анализ

Аналитические исследования энергетической системы включают моделирование выработки электроэнергии и нагружения оборудования, планирование интегрирования станций в электросеть и выполнение оценки параметров системы контроля генератора и нагрузки. Моделирование электрической сети требует представления каждого элемента и всех взаимосвязей между элементами с помощью уравнений, выражая электрические, магнитные и часть механических (например, крутящий момент) элементов поведения. Уравнения должны быть адаптированы к исследуемому явлению.

Имитационное моделирование электрической сети включает одновременное решение всех уравнений в модели. Основной переменной может быть время или частота. Имитационное моделирование на компьютере предусматривает использование вычислительного программного обеспечения.

Коммерческое программное обеспечение имеет библиотеки компонентов и аналитические инструменты для моделирования и имитации электроэнергетических систем. Библиотеки предлагают модели всех электроэнергетических компонентов, включая трехфазные машины, электрические приводы и приложения, которые необходимы для анализа сложных систем AC/DC.

В.1.2.5 Количественный прогноз

Повторяемые имитации с вариациями в отношении ограничений (допустимое напряжение, ток и частота, время отключения короткого замыкания, угол устойчивости, и т.п.) помогут верифицировать диапазон параметров предлагаемой электроэнергетической системы. Обработка и форматирование результатов формируют основу для необходимых свойств электроэнергетической системы.

В.1.2.6 Опыт, измерения, валидация и сравнение

Эти шаги количественно определяют результаты и обеспечивают гарантию на основе предыдущего опыта того, что модели и цифровая обработка дают ожидаемые результаты при сравнении с результатами испытаний/тестирования и/или опыта эксплуатации аналогичных электроэнергетических систем. Если возможно, то сравнение результатов имитирования с реальными полевыми измерениями (или другими альтернативными методами вычисления) представляет собой способ валидации, которая обосновывает выбранный метод и результаты. Другим способом валидации результата цифровой имитации является решение вручную электрических уравнений для частей системы, используя те же самые входные параметры. Шаги по валидации должны быть четкими и понятными, и сохраняться в качестве записи независимой верификации процесса проектирования.

В.1.2.7 Инструменты имитационного моделирования

Вычисления представляют ряд элементов.

Аппаратные средства: сложность одновременного решения комплексных электрических вычислений предусматривает использование компьютеров с достаточно быстрыми процессорами.

Программное обеспечение: программное обеспечение для анализа и имитации энергетических систем является универсальным и используется в электротехнике. Сначала программное обеспечение использовалось для быстрого решения проблем нелинейного потокораспределения и вычисления токов коротких замыканий. Использование программного обеспечения распространилось на другие многочисленные области знаний, такие как стабильность энергетических систем, защита и координация, нештатные ситуации/надежность, а также экономическое моделирование. Все системные уравнения обрабатываются приложением. Пользовательский машинный интерфейс может использоваться для добавления данных в модели, запуска вычислений и представления результатов в форме значений, таблиц и кривых.

Банк данных: каждый электротехнический элемент описывается моделями и характерными физическими значениями. Все эти данные хранятся в банке данных. Основные данные, необходимые для вычислений, следует оформлять документально.

В.2 Пример и уровень представления подробных данных

В.2.1 Цель

Предоставить гарантию того, что правильная работа электроэнергетической системы имеет нормальные параметры генерирования, передачи и распределения системы с адекватными граничными значениями для кратковременных переходных условий. Понятие установившихся условий определяется в стандартах на оборудование и электроснабжение в отношении:

- номинальной электрической частоты,

- амплитуды и фазы напряжения и тока, и их изменением во времени,

- уровней активной и реактивной мощности (поставляемой, выработанной, потерянной) и соответствующей энергии.

Правильная работа сетей зависит от спроектированной конфигурации энергетической системы и работы в рамках технологических и сетевых ограничений.

В.2.2 Анализ и основы

В энергетических сетях существует баланс между вырабатываемой и потребляемой мощностью. Любое нарушение этого баланса в системе, вызванное изменением нагрузки, генерацией, а также отказами и временем их устранения, часто приводит к электромеханическим колебаниям. Вопросы, требующие анализа, представляют собой расчетный обмен активной и реактивной энергии на частотах сети между источниками и нагрузками, через электрические соединительные устройства, в прогнозируемых условиях работы поддерживаемого процесса и электроэнергетической системы:

- токи;

- распределение напряжений;

- потери в системе;

- соответствующая передача активной и реактивной мощности.

Возможности электрической системы, как правило, обусловлены следующими основными факторами:

- питающим напряжением и допустимыми отклонениями;

- падением напряжения в проводниках и трансформаторах;

- мгновенным распространением по всей сети уровня напряжения источника питания и падений напряжения.

В.2.3 Минимальные требуемые данные

Для моделирования электроэнергетической системы и выполнения расчетов необходимо следующее:

a) общие данные: однолинейная схема сети и рабочие конфигурации;

b) для всех компонентов: номинальное напряжение и мощность, импедансы (прямая, обратная и нулевая последовательность), способность выдерживать короткое замыкание;

c) источники: напряжения и частоты (номинальная/мин./макс.); мощность короткого замыкания (номинальная/мин./макс.);

d) энергоблоки: напряжение, мощность и коэффициент мощности, импедансы и постоянные времени;

e) линии, кабели, шины: сопротивление, индуктивное сопротивление, емкость линий, длина, параллельные элементы, методы монтажа;

f) трансформаторы: напряжения (первичное, вторичное, третичное), номинальная мощность, тип соединения, ответвления, напряжения коротких замыканий и потери;

g) пассивные нагрузки, конденсаторы, индукторы: номинальное напряжение и мощность, коэффициент мощности и тип нагрузки, тип нагрузки (постоянный импеданс, ток или мощность), нагрузка и коэффициенты разновременности;

h) активные нагрузки: номинальное напряжение и мощность, коэффициент мощности, характеристики электродвигателя (частота вращения, инерция, скольжение, T_start/T_n, T_max/T_n, I_start/I_n и т.п.), характеристики устройств, включающих силовую электронику (тип устройства и т.п.), коэффициент неодновременности нагрузки.

В.2.4 Роль исследования

Цель данного исследования - обеспечить корректный проект электроэнергетической системы, с учетом будущих изменений, а также всех режимов работы посредством:

- экспертной оценки основных решений,

- вычисления суммарных мощностей в установившихся условиях, и

- учета различных рабочих конфигураций электрической сети, включая аварийные и резервные конфигурации.

Вычисление установившихся условий является средством определения распределения напряжения и помогает предложить решения по ограничению переходных процессов напряжения.