Документация Engee

Расчет потокораспределения в трехфазных электрических сетях с помощью блоков библиотеки физического моделирования Engee

Engee позволяет выполнять расчет потокораспределения (load flow/power flow) для электрической системы передачи мощности переменного тока (AC), смоделированной с использованием трехфазного электрического домена Engee. Расчет потокораспределения позволяет определить модули напряжений, фазовые углы напряжений, активную мощность и реактивную мощность электрической системы в установившемся режиме.

Для заданной установившейся рабочей точки данные потокораспределения показывают:

  • Модуль напряжения и фазовый угол напряжения на каждой шине;

  • Активную и реактивную мощность генерации для каждого источника, питающего сеть;

  • Активную и реактивную мощность, поступающую к каждой нагрузке, создающей потребление в сети.

Эти данные можно использовать для определения оптимальных режимов работы или для оценки реакции системы на гипотетические ситуации. Например, если известны активная и реактивная мощности в каждой линии электропередачи, можно определить, способны ли оставшиеся линии выдержать дополнительную нагрузку, возникающую при отключении одной или нескольких линий.

Также эти данные можно использовать для расчета потерь в линии передачи или потерь системы и для анализа общего профиля напряжений сети. Исследование этих характеристик помогает определить, требуется ли системе компенсация реактивной мощности для устранения пониженных уровней напряжения.

Требования к модели для расчета потокораспределения

Чтобы определить установившееся решение потокораспределения для трехфазной сети, модель должна быть:

  • Настроена на старт из синусоидального установившегося режима. Более подробную информацию смотрите в описании блока Solver Configuration.

  • Все синусоидальные источники должны работать на одной частоте.

  • Линейной. Блоки должны быть описаны линейными системами уравнений, иметь линейные характеристики. Таким образом не поддерживаются модели синхронных и асинхронных машин, трансформаторы с нелинейной ветвью намагничивания, полупроводниковые элементы.

  • Сбалансирована по нагрузке. Уровень приближения расчета потокораспределения зависит от того, насколько система сбалансирована, и от уровня присутствующих гармоник.

Ключевые блоки для расчета потокораспределения

Шины

В системе передачи электроэнергии шина — это вертикальная линия, соединяющая элементы энергосистемы, такие как генераторы, нагрузки и трансформаторы. Шины представлены блоком Busbar в разделе Connectors & References.

Трехфазные источники напряжения

Представляйте источники напряжения с помощью блока Load Flow Source из библиотеки Sources. Блок Load Flow Source задает либо идеализированный источник напряжения, либо источник напряжения, зависящий от тока. Источник может включать последовательное сопротивление (импеданс), либо может выступать источником для шины типа swing, PV или PQ.

Приоритет точности модели — использование блоков машин

Чтобы обеспечить точность модели, а не скорость моделирования, представляйте источники напряжения с помощью блоков синхронных машин. Для моделирования синхронных машин библиотека Electromechanical → Synchronous предоставляет блоки Synchronous Machine Model 2.1, Synchronous Machine Round Rotor, Synchronous Machine Salient Pole и Simplified Synchronous Machine.

Выполнение расчета потокораспределения

Чтобы анализировать данные потокораспределения для трехфазной модели системы передачи в Engee, совместимой с запуском из установившегося синусоидального режима:

  1. Параметризуйте источники напряжения.

    В начале расчета потокораспределения переменные уравнений, соответствующие потерям в линиях передачи, неизвестны. Пока неизвестные переменные вычисляются, шины балансируют потери, отдавая или поглощая активную и реактивную мощность. Для каждого узла с источником напряжения Load Flow Source есть четыре переменные:

    • — активная мощность;

    • — реактивная мощность;

    • — напряжение;

    • — фазовый угол.

    Две переменных известны, а две — неизвестны. Какие переменные являются известными и какие — неизвестными, зависит от конфигурации блока Load Flow Source. В одной модели можно использовать более одного типа узлов. Доступны следующие варианты:

    • Swing bus — балансирующий (базисный/swing/slack/reference) узел. В узле задается напряжение (типичное значение 1 о.е.), угол напряжения принимается равным 0°, а величины активной и реактивной мощности являются неизвестными и вычисляются в ходе расчета установившегося режима.

    • PV bus — генераторный узел. В узле задается модуль напряжения и величина генерируемой активной мощности , а угол напряжения и реактивная мощность являются неизвестными и вычисляются в ходе расчета установившегося режима.

    • PQ bus — нагрузочный узел. В узле задается активная и реактивная мощности, а модуль напряжения и угол напряжения являются неизвестными и вычисляются в ходе расчета установившегося режима.

    Если ваша модель содержит блоки синхронных машин, для каждого блока укажите тип шины и начальные значения, используя группу параметров Initial Conditions. Доступные целевые значения параметров зависят от того, настроен ли блок для Swing bus, PV bus или PQ bus. В группе параметров Initial Conditions:

    1. Установите для параметра Initialization option значение Set targets for load flow variables.

    2. Выберите шину для параметра Source type.

    3. Укажите значения для соответствующего параметра шины.

  2. Настройте каждый блок Busbar:

    1. Установите для параметра Number of connections значение 2, 3 или 4.

    2. В блоках Busbar задайте напряжение и частоту так, чтобы они соответствовали заданным значениям подключенных блоков.

    3. Чтобы просматривать данные потокораспределения с помощью блока Scope, откройте доступ к дополнительным измерительным портам на блоке Busbar:

      • Чтобы открыть порты V и δ, установите Measurement ports в значение Yes;

      • Чтобы открыть порты P и Q, установите Measurement ports в значение Yes.

        Соедините блоки Busbar.

  3. Настройте блок Solver Configuration. Включите опцию Start simulation from steady state.

  4. Запустите симуляцию.

    После моделирования результаты расчета потокораспределения можно посмотреть:

    • В данных записи сигналов в Engee, которые модель выводит в рабочее пространство Engee;

    • В таблице Физические переменные variable viewer icon, отображаемой по кнопке Открыть список физических переменных, находящейся в Настройки → Отладка → Запись сигналов.

      load flow analysis 1

Устранение проблем расчета потокораспределения и инициализации

Если при расчете потокораспределения возникают проблемы, примените следующие меры. Пошаговое (инкрементальное) тестирование модели потокораспределения помогает избежать задания нефизичных требований к расчету.

Внутреннее сопротивление Load Flow Source

Добавление внутреннего сопротивления источника для блока Load Flow Source при установленном в параметре Source type значении Swing bus, PV bus или PQ bus может препятствовать сходимости инициализации. Чтобы устранить проблемы сходимости, используйте один из методов:

  • Пренебрегите внутренним сопротивлением источника.

  • Смоделируйте внутреннее сопротивление внешним образом относительно блока Load Flow Source.

Переходный процесс в цепи возбуждения или начальное ускорение ротора

При инициализации блока синхронной машины для анализа потокораспределения блок вычисляет все преобразованные по Парку переменные потока и механические переменные для установившегося состояния. Однако неправильная инициализация автоматического регулятора напряжения (АРН) или регулятора может привести к переходному процессу в цепи возбуждения или начальному ускорению ротора. Для решения этих проблем:

  1. Определите начальные значения крутящего момента и напряжения возбуждения.

    1. Выполните анализ потокораспределения, используя приблизительные значения параметров АРН и регулятора, а также их настроек.

    2. Сохраните следующие результаты анализа потокораспределения, отображаемые в соседнем блоке Busbar:

      • Величина напряжения;

      • Фазовый угол;

      • Вырабатываемая активная мощность;

      • Вырабатываемая реактивная мощность.

    3. Для блока синхронных машин в группе параметров Initial Conditions установите для параметра Initialization option значение Set real power, reactive power, terminal voltage, and terminal phase.

    4. Задайте следующие параметры, используя значения из результатов расчета потокораспределения:

      • Terminal voltage magnitude;

      • Terminal voltage angle;

      • Active power generated;

      • Reactive power generated.

    5. Выведите необходимые начальные условия для АРН и регулятора в рабочую область Engee. Дважды щелкните блок машины и во вкладке Utilities нажмите кнопку Display Associated Initial Conditions. Соответствующие данные — это напряжение цепи возбуждения и механический момент .

  2. Задайте начальные условия для АРН и регулятора, используя рассчитанные значения начальных условий.

Несовместимость с запуском из синусоидального установившегося режима

Вы можете выполнить расчет потокораспределения только для моделей, поддерживающих запуск из синусоидального установившегося режима. Исключите все блоки, не поддерживающие старт из синусоидального установившегося режима.

Полезные ссылки