ОЦЕНКА ДИНАМИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ПРОСТЕЙШЕЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ В ОБЪЕКТНО ОРИЕНТИРОВАННОЙ СРЕДЕ ПРОГРАММИРОВАНИЯ DELPHI

Полный текст

Введение. Возникновение токов коротких замыканий возможно в любой электроэнергетической системе. Электромеханические переходные процессы, возникающие при этом, относятся к вопросам динамики электроэнергетической системы, оценка поведения которой требует выработки мероприятий по улучшению её устойчивости. Достоверный анализ устойчивости может быть получен посредством применения информационных технологий, созданных на основе современных языков программирования. Постановка задачи для программной разработки. Необходимость оценки динамической устойчивости систем полезна в учебно-научной деятельности студентов [1-4]. Тема анализа динамической устойчивости простейшей регулируемой электрической системы относится к дисциплине «Переходные процессы в электроэнергетических системах» [5; 6]. Для проведения студентами анализа динамической устойчивости простейшей регулируемой электрической системы в 1998 г. была написана программа на языке Pascal [7]. Но прогресс не стоит на месте, поэтому, когда в компьютерных классах сменили OS Windows XP на Windows 8, программа оказалась неработоспособной и встала необходимость в другой программе для анализа динамической устойчивости простейшей схемы. Требования к программе: простота и понятность интерфейса, возможность внесения различных данных и изменений, дешевизна и доступность программы, программа должна работать в условиях локальной сети в компьютерных классах, выполнять оценку динамической устойчивости системы простейшей электрической сети [8]. В практической деятельности инженера интерес представляет наглядная картина процесса, где бы пользователь мог находить угол предельного отключения сам, видя площади ускорения и торможения при введении любого угла отключения и ориентируясь на полученную картинку, мог бы делать изменения этого угла и так последовательно приближаться к желаемому результату [9]. Также для корректной работы программы необходима защита от неправильного ввода исходных данных, в частности, ввода угла отключения менее начального. Не менее важно создать простой и понятный интерфейс и осуществить защиту от невнимательности пользователя. Программа должна корректно работать при внесении изменений, предусмотренных постановкой задачи и проведением необходимых исследований, таким образом обеспечивая получение необходимых навыков и знаний для пользователя. Оценка существующих программ показала, что подходящих альтернатив для решения этой задачи нет [10]. Рассмотрим подробнее возможности некоторых существующих программ. Программное обеспечение (ПО) DIgSILENT PowerFactory предназначено для анализа и планирования режимов работы электрических сетей и систем. На сегодняшний день ПО DIgSILENT PowerFactory является одним из лидеров среди систем для анализа и планирования режимов работы электрических сетей и систем. PowerFactory включает постоянно растущий перечень поддерживаемых функций для решения прикладных задач. Вот некоторые из них: расчет симметричных и несимметричных установившихся режимов, токов короткого замыкания (КЗ) для одно-, двух- или трехфазных сетей произвольной конфигурации переменного и постоянного тока; моделирование электромагнитных и электромеханических переходных процессов, расчеты статической и динамической устойчивости; создание пользовательских моделей регуляторов, например автоматического регулирования возбуждения, и идентификация их параметров по данным натуральных испытаний; моделирование и анализ утяжеленных и аварийных режимов [11; 12]. Программный комплекс MUSTANG предназначен для оперативного выполнения на ПЭВМ типа IBM-PC моделей 486 и выше расчетов по моделированию установившихся и переходных электромеханических режимов энергосистем. К достоинствам комплекса можно отнести возможность моделирования электромеханических переходных процессов. В состав комплекса также входит модуль «Утяжеление», который служит для определения предела передаваемой активной мощности и вычисления нормируемого коэффициента запаса статической устойчивости по активной мощности [13]. По мнению автора, несмотря на широкую функциональность подобных программ, для реализации имеющихся практических задач возникают все же некоторые сложности при желании внедрить их в учеб-ный процесс, а именно: - приобретение и установка программы в учебный компьютерный класс может быть достаточно дорогостоящей, и при этом программа должна работать в условиях локальной сети; - на освоение и знакомство с интерфейсом программы может уйти учебного времени больше, чем на сам процесс получения основных понятий о динамической устойчивости; - существующие программы предназначены для исследования сложных схем, а поставленные учебные цели должны реализовываться за ограниченное число часов [14]. Подводя итоги, можно сказать, что необходимой лаконичной, простой в понимании интерфейса и доступной программы для решения поставленной задачи нет. В связи с этим для решения задачи оценки динамической устойчивости простейшей электроэнергетической системы при симметричном коротком замыкании на воздушной линии и использования ее в лабораторном практикуме была написана программа в объектно ориентированной среде программирования Borland Delphi 7 [15; 16]. Условие задачи оценки динамической устойчивости. В качестве простейшей схемы взята схема типа «станция - шины неизменного напряжения», состоящая из следующих элементов: генератор, трансформатор, двухцепная линия электропередачи (ЛЭП), нагрузка. Более распространенным считают появление на одной из цепей воздушной линии симметричного короткого замыкания с последующим его отключением, в связи с этим необходимо рассмотреть следующие режимы: I - нормальный; II - послеаварийный; III - аварийный, т. е. переход от нормального режима I к аварийному III и далее к послеаварийному II. Анализ динамической устойчивости представленной сети необходимо выполнить при условии постоянства напряжения на шинах системы графическим методом [17]. Для анализа динамической устойчивости схемы необходимо определить угол предельного отключения короткого замыкания: - в середине линии; - в начале (конце) линии; - для различных случаев вариаций параметров и событий: при изменении схемы на однотрансформаторную; при изменении длины линии; при изменении мощности нагрузки [18]. Методика определения угла предельного отключения [17]. Графический метод состоит в сравнении площадок ускорения и торможения генератора, получаемых аналитическим путем. Для определения этих площадей необходимо построить характеристики мощности генератора для различных режимов работы сети. Их можно получить из уравнения где ЕГ и Uc - соответственно ЭДС генератора и напряжение системы; d - угол между векторами ЕГ и Uc; Xc - реактивное сопротивление сети; k - индекс рассматриваемого режима. В качестве рассматриваемых режимов берут: I - нормальный режим; II - послеаварийный; III - аварийный. Реактивное сопротивление сети определяют по суммарному выражению для заданной схемы, учитывая режим сети. Угол предельного отключения (в радианах) может быть рассчитан как где - начальный угол; - критический угол. Площади ускорения и торможения можно определить по следующим формулам соответственно: Реализация задачи в объектно ориентированной среде программирования Delphi. Задача анализа динамической устойчивости системы простейшей электрической сети в процессе обучения студентов реализуется в лабораторном практикуме по дисциплине «Переходные процессы в ЭЭС». С его помощью студент приобретает необходимые для усвоения принципиальные понятия, и именно с их помощью закладывается понимание физических закономерностей в какой-либо конкретной области. Лабораторный практикум по данной дисциплине удобнее реализовывать в компьютерном классе. В связи с этим и задача анализа динамической устойчивости системы простейшей электрической сети реализуется в программной разработке. Программа разрабатывалась в объектно ориентированной среде программирования Delphi 7. В интерфейсе приложения предусмотрена работа с набором форм. Всего программа содержит 6 форм (окон) размером 928 на 259 пикселей, предназначенных для какой-либо цели. Первая форма является окном приветствия, выводит на экран название и логотип института, лабораторной работы, имя автора, содержит в себе кнопку для продолжения работы. Вторая форма «Выбор схемы» используется пользователем для выбора схемы сети (два варианта) в соответствии с заданием преподавателя (рис. 1). Форма содержит 2 рисунка, 2 радиокнопки, кнопку для продолжения, которая не будет работать, если не выбран ни один из вариантов схемы. Третья форма «Выбор места КЗ» аналогична второй по структуре, на ней согласно заданию преподавателя выбирается место возникновения короткого замыкания и варианты включения выбранной схемы с одним трансформатором (рис. 2). Четвёртая и пятая формы являются окнами для ввода данных, выданных преподавателем. Они содержат в себе окна типа «Tedit» для ввода исходных данных для заданной схемы, а также кнопки для продолжения и возврата на предыдущее окно и получения результата расчетных данных. После нажатия кнопки «Рассчитать сопротивления» на окно выводятся результаты расчета сопротивлений элементов схемы и суммарные сопротивления сети для разных режимов (рис. 3). Этой же формой следует воспользоваться при изменении длины линии. Шестая форма «Определение угла предельного отключения» необходима для построения графиков характеристик при возникновении трёхфазного КЗ. Она содержит холст, на котором рисуются графики, окно типа «Tedit» для ввода угла отключения и две кнопки взаимодействия с программой, а также кнопку закрытия приложения. Рассмотрим принцип работы формы 6 приложения. При нажатии на кнопку «Построить характеристики» появляется система координат с характеристиками режимов и Р0 и основные их параметры (рис. 4). Ниже в окне пользователем вводится угол отключения в диапазоне от δ0 до δкр. После ввода угла и нажатия кнопки «Рассчитать площади» закрашиваются площади ускорения и торможения для введенного угла отключения (рис. 5) соответственно в зеленый и синий цвета, результаты вычислений значений величин площадей (для сравнения пользователем) выводятся ниже в соответствующую текстовую область формы. Если угол введен некорректно, на окно выводится сообщение-подсказка. После сопоставления значений величин площадей пользователь вводит другое значение угла отключения, подбирая в итоге такой, чтобы площади были равны (рис. 6). Этот угол и будет являться углом предельного отключения. Далее процесс повторяют для заданных изменений. По полученным данным делают оценку динамической устойчивости электроэнергетической системы. Рис. 1. Форма 2 приложения Рис. 2. Форма 3 приложения Рис. 3. Форма 5 приложения Рис. 4. Форма 6 приложения (система координат) Рис. 5. Форма 6 приложения (расчет площадей для введенного угла отключения) Рис. 6. Форма 6 приложения (подбор угла предельного отключения) Заключение. Программная реализация задачи оценки динамической устойчивости электроэнергетических систем позволяет графически отразить динамику процесса, определить угол предельного отключения генератора при симметричных коротких замыканиях для заданных изменений: места короткого замыкания, разных конфигураций схем и исходных параметров сети. Программа работает корректно и выполнена с учетом всех поставленных целей для учебного процесса. Программная разработка имеет простой и понятный интерфейс, защиту от неправильного ввода данных и защиту от невнимательности пользователя, в ней осуществляется наглядный процесс анализируемой динамики устойчивости. Планируется расширение программы для возможности применения её к расчету несимметричных КЗ.

Об авторах

Л. Л. Латушкина

Хакасский технический институт - филиал Сибирского федерального университета

Email: Latush2003@mail.ru
Российская Федерация, 655017, г. Абакан, ул. Щетинкина, 27

Список литературы

Дополнительные файлы