Модель IEEE 9 Bus с синхронными машинами

Модель IEEE 9 Bus с синхронными машинами

Этот демо-проект рассказывает о способах инициализации синхронных машин, в том числе для запуска модели из установившегося режима, на примере расчета модели IEEE 9 Bus.

Данная работа продолжает тему, начатую в «Расчет установившегося режима модели IEEE 9 Bus». В исходном проекте начальное состояние девятиузловой энергосистемы определялось с помощью блоков Load Flow Source и опции Start simulation from steady state блока Solver Configuration. Здесь выполняется следующий шаг: блоки Load Flow Source, представляющие генерирующие узлы, заменяются моделями синхронных машин.

Способы инициализации синхронных машин

Прежде чем перейти к самой модели, нужно сделать небольшое отступление. При добавлении синхронной машины в модель возникает практическая задача: какие воздействия необходимо подать на ее входные порты, чтобы симуляция началась с заданного режима? Требуется согласовать электрические параметры машины, напряжение возбуждения и механический момент.

Например, в блоке Synchronous Machine Round Rotor и в других машинах доступны три способа инициализации в опции Initialization option.

Способ №1. Через угол ротора и потокосцепления (неудобно)

Вариант Set targets for rotor angle and Park’s transform variables позволяет задать приоритеты и начальные целевые значения угла ротора и переменных преобразования Парка. В задачах потокораспределения этот способ неудобен, поскольку исходные данные обычно представлены мощностями, напряжениями и углами на шинах. Поэтому далее он не рассматривается.

Способ №2. Через электрические параметры (быстро, но не всегда точно)

Данный способ состоит из трех основных этапов:

1. Задать параметры машины. В настройках машины выберите Set real power, reactive power, terminal voltage, and terminal phase и задайте требуемые значения:

• активной мощности

• реактивной мощности

• действующего линейного напряжения на выводах

• угла напряжения

  

2. Нажать кнопку расчета начальных значений. Затем на вкладке Utilities нажмите кнопку Display Associated Initial Conditions:

На основе заданных параметров машины (только на их основе!) Engee рассчитает связанные начальные условия, в том числе требуемое воздействие в цепи возбуждения (E_fd_fd_pu_start) и механический момент (torque_pu_start), и выведет их в окно диагностики:

В карточке блока мы задали начальное значение мощности 76.4 МВт. При заданной номинальной мощности 247.5 МВт начальный момент torque_pu_start равен 76.4 / 247.5 ≈ 0.3, что мы в итоге и получили в окне диагностики. Аналогично рассчиталось начальное напряжение обмотки возбуждения. То есть данные вычисления мы могли бы выполнить "на листочке".

3. Вставить рассчитанный начальный момент машины и ЭДС обмотки возбуждения в соответствующие блоки. Полученные значения необходимо задать в блоках Synchronous Machine Field Circuit и Machine Mechanical Power, подключенных к портам возбуждения и вращения машины соответственно.

Этот способ не требует отдельного расчета установившегося режима всей сети — и в этом состоит его основной недостаток. Он прост и удобен, может отлично работать на небольших моделях типа "генератор-ЛЭП-нагрузка", однако данный способ не гарантирует, что вся модель начнет симуляцию точно с заданного режима: начальные условия отдельной машины могут оказаться несогласованными с остальной сетью.

Способ №3. С расчетом установившегося режима (точно, но работает не для всех блоков)

Рабочий процесс практически совпадает со способом 2.

1. В настройках машины выберите Set targets for load flow variables, задайте тип шины (Swing, PV илиPQ)и укажите целевые значения.
2. В блоке Solver Configuration включите опцию Start simulation from steady state.
3. Затем на вкладке Utilities нажмите кнопку Display Associated Initial Conditions.
4. Вставить рассчитанный начальный момент машины и ЭДС обмотки возбуждения в соответствующие блоки.

Как видно, добавился пункт с включением опции Start simulation from steady state. При нажатии кнопки Display Associated Initial Conditionsрасчет начальных значений будет производиться не только на основе параметров конкретной машины, а на основе данных инициализации (!) всей модели. Engee по кнопке запустит инициализацию модели и рассчитает связанные начальные условия (нужные E_fd_fd_pu_startи torque_pu_start) и выведет их в окно диагностики.

Рассмотрим способ №3 инициализации машины применительно к расчету схемы IEEE 9 Bus.

Модель IEEE 9 Bus с синхронными машинами

Главное отличие IEEE_9bus.engee от IEEE_9bus_load_flow_in_time_domain.engee из примера «Расчет установившегося режима модели IEEE 9 Bus» состоит в замене блоков Load Flow Source в генерирующих узлах на синхронные машины с регуляторами скорости.

Для каждой синхронной машины проводим автоматизированный расчет начальных значений, описанный в способе №3. В результате получаем:

• для генератора 1 типа Swing: E_fd_fd_pu_start = 1.085 и torque_pu_start = 0.309..
• для генератора 2 типа PV:E_fd_fd_pu_start = 1.797.. и torque_pu_start = 0.855..
• для генератора 3 типа PV:E_fd_fd_pu_start = 1.416.. и torque_pu_start = 0.668..

Вставляем полученные значения torque_pu_start в регуляторы скорости, а E_fd_fd_pu_start на вход Synchronous Machine Field Circuit :

После этого запустим симуляцию и получим графики для каждого генератора:

По графику проанализируем первую точку в момент времени t=0 (для этой точки и находился установившийся режим и начальные значения для машин). Полученные результаты симуляции количественно совпадают с результатами из примера «Расчет установившегося режима модели IEEE 9 Bus».
TODO: добавить АРВ.

Выводы

В демо-проекте рассмотрены способы инициализации синхронных машин на примере модели IEEE 9 Bus. Показано, как перейти от задания начальных параметров отдельной машины к согласованной инициализации всей энергосистемы из установившегося режима.

Связанная документация

• Инициализация синхронных машин и регуляторов — порядок расчёта начальных значений возбуждения и механического воздействия.

• Старт электрических моделей из установившегося синусоидального режима — назначение, алгоритмы и ограничения опции Start simulation from steady state.

• Расчет потокораспределения в трехфазных электрических сетях с помощью Engee — настройка шин Swing, PV и PQ, задание параметров блоков Load Flow Source и выполнение расчёта установившегося режима.