Шорников Ю.В.   Достовалов Д.Н.   Насырова М.С.  

Спецификация и анализ переходных процессов в электроэнергетических системах с использованием методологии гибридных систем

Докладчик: Шорников Ю.В.

В работе рассматриваются дискретно-непрерывные (гибридные) системы [1, 2] и средства инструментального моделирования. Особенностью гибридных систем (ГС) является множество мгновенно сменяющихся непрерывных режимов. В этом случае применение аналитических методов исследования зачастую невозможно, и вычислительный эксперимент становится единственным универсальным способом изучения событийно-непрерывного поведения. Как правило, смена режимов обусловлена односторонними событиями, когда фазовая траектория системы терпит разрыв в момент возникновения события. Современные средства компьютерного моделирования (MATLAB/Stateflow, Rand Model Designer, AnyLogic и др.) поддерживают класс ГС, но слабо учитывают односторонность событий [2, 3]. Поэтому разработка оригинальных инструментов компьютерного исследования ГС является актуальной задачей.
Современный формализм ГС может эффективно использоваться предметными специалистами в окружении проблемно-ориентированных комплексов компьютерного анализа. Одним из множества приложений ГС является исследование переходных процессов в системах электроэнергетики (ЭЭС). Особое значение имеют электромагнитные и электромеханические процессы в электрических машинах. Они моделируются для определения синхронности работы агрегатов электростанций, оценки надежности и устойчивости работы ЭЭС.
Для решения рассматриваемой задачи разработан модуль среды моделирования ИСМА. На рис. 1 представлена схема шестимашинной ЭЭС [4], специфицированной в ИСМА на разработанном языке LISMA_EPS. Для исследования переходных процессов используются обыкновенные дифференциальные уравнения Парка-Горева. Дискретное поведение ЭЭС связано с нелинейными характеристиками регуляторов скорости генераторов. Также режим функционирования ЭЭС может изменяться при наступлении определенных событий: коммутациях, коротких замыканиях, обрывах линий электропередач и др. В связи с этим методология ГС адекватна для описания и исследования переходных процессов в ЭЭС.
Центральным объектом исследования в ИСМА является гибридная модель, полученная в результате интерпретации графической программной модели (рис. 1). Решатель среды моделирования подключает библиотеку типовых и оригинальных численных методов исследования систем дифференциально-алгебраических уравнений с разрывами. Для учета разрывов разработан оригинальный алгоритм корректной детекции событий, который является неотъемлемой частью численного анализа. Корректность алгоритма теоретически обоснована в [2]. Эффективность предложенной методологии в целом обоснована конструктивно на множестве тестовых задач.