מחקרי זרימת המטען מהווים את עמוד השדרה של ניתוח מערכת חשמל, מתן מהנדסים עם תמונה קבועה של גודל מתח, זוויות שלב, זרימת כוח אמיתי ותגובה בכל אוטובוס.כפי רשתות שידור להיות מורכב יותר ומחוובר, שילוב של מערכות High Voltage Direct הנוכחית (HVDC) ותקני Transmission Systems גמישים (FACTS) מציג רמות חדשות של יכולת שליטה - אבל גם דורש יותר מודלים מתוחכמות יותר ואפקטים של מחקרי של מערכת ההפעלה HCT.

מחקר בנושא עומס זרימה: יסודות ושיטות פתרון

מחקר על זרימת העומס פותר סדרה של משוואות אלגבריות שאינן לינאריות המייצגות את מאזן הכוחות בכל צומת ברשת.הנוסה הסטנדרטית, באמצעות הנוסחאות של האוטובוס:0YFLT:1 (איור 1:2busFLT 3:2busFLT 3: 3), מבטא את הכוח המשווקן ב-FLT:4iFLT:5:

(ב) ויקרא י"ד): "וְהִיאֶתְמַרְתָּבְהִיתִיתִיתִיתִיתִיתִי" (ב"ד:א)

חלקים אמיתיים ופעילים נותנים שתי משוואות לאוטובוס (מלבד האוטובוס הקק, אשר הוא הפניה) המערכת נפתרת בדרך כלל באמצעות שיטת ניוטון-רפסון בגלל ההתכנסות האקומטית שלה והחזקה לרשתות עם עד כמה אלפי אוטובוסים.עבור מערכות גדולות יותר, במהירות מחוסמת או דיסי עומסי זרימת שתן מועסקים לעתים קרובות, אם כי דיוק זה למהירות.

התפקיד הגדל של HVDC ו- FACTS ב Transmission Networks

השידור HVDC הוא הטכנולוגיה המועדפת של כבלי צוללות למרחקים ארוכים, המקשרות רשתות סינכרוניות, ומעבירה כוח רב על פני מאות קילומטרים עם הפסדים מופחתים.שני סוגים עיקריים שולטים: קו-Commutated Converters (LCC) בהתבסס על שלךריסים, ווולטראג-Source באמצעות IGBTs VSC-HDC מציעה יכולת שחורה ובקרת פעילה של כוח פעיל.

מכשירים FACTS, לעומת זאת, לשפר את מערכות AC על ידי מתן תמיכה בלחץ דינמי, הגדלת יכולת העברת, וייבוש oscillations. Common דוגמאות כוללות:

  • (ב) [13] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0) ,Static Synchronous Compensators (STATCOMs)FLT:1 - ממירי מקור מתח עם תגובה מהירה יותר מאשר SVCs.
  • (FLT:0)Thyristor-Controlled Series Capacitors (TCSCs) אנדרט 1 - מכשירי סדרה אשר משתנים מגיבים לזרימת חשמל.
  • (FLT:0) מפקחי Power Flow (UPFCs)אנדרט 1:1 - התכליתית ביותר, שילוב סדרה ותגמולים מכווצים באמצעות ממירים אחוריים.

שילוב מכשירים אלה למחקרי זרימת העומס דורש מודלים מפורשים של המאפיינים שלהם, אשר אינו אפשרי עם מרכיבים פשוטים פסיביים.

מודלים של HVDC קישורים ב- Load Flow Studies

קישור HVDC הוא מודלד כמו זוג תחנות המרתר (מחדש ועושף) המחוברות על ידי קו DC. בתכנית זרימת עומס, כל ממיר מיוצג כמו הזרקת חשמל מבוקרת באוטובוס AC שלה, עם הצד DC פתר בו זמנית.

LCC-HVDC Model

(ב) (ב) ,הההג'ר (ה) הוא מקור מתח מבוקר מאחורי תגובה של ה-AC (FLT:0VFLT:1dFLT:2earFLT 3: 3) הוא קשור למתח אוטובוס AC (FLT:4VFLT: 5acLT:6FLT 7), ו-Val Reduction (או vulal Reduction) ל-FLT5 LT5 LT (הכוח פעיל).

VSC-HVDC מודל

(ו) להמיר את ה-VSC באופן עצמאי יכול לשלוט בכוח פעיל ופעולתי (או מתח AC) בכל מסוף.בזרם עומס, כל תחנת VSC עדיין מוגדרת כזריקת חשמל מורכבת בלתי נשלטת:0SFLT:1iOVAFLT:2=FLT 3VDIFLT:4 +QFevolver:5iLT6Freas (מדגם משותף)

תוכנת זרימה מעשית (למשל, PSS / E, DigSIL PowerFactory, ETAP) כוללת מודלים סטנדרטיים HVDC שבו המשתמש מגדיר מטרות שליטה.הפתרון מרחיב את הממטריקס ג'ייקובי לכלול נגזרות חלקית עם כבוד למשתנים DC, או משתמש בגישה של רצף (פתרון לאחר מכן DC זה באופן יחסי).

מודלים של מכשירים FACTS במחקרי טעינה Flow

מכשירים FACTS משנים את הדחף האפקטיבי, גודל המתח, או זווית שלב של קו שידור או אוטובוס.מודלים של מדינתם היציבה יכולים להיות משולבים כמו אלמנטים של השחתים / העורכים משתנים או כמו זריקות מבוקרות.

Static Var Compensator (SVC)

⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

Static Synchronous Compensator (STATCOM)

A STATCOM הוא מודל למקור מתח נשלט מאחורי תגובה של הפיכה.בזרימת עומס, הוא פועל כמו אוטובוס PV אם תפוקת הכוח השבירה שלה היא בגבולות; אחרת, הוא עובר לאוטובוס PQ עם הזריקה ראקטיבית קבועה. חלק מהתוכניות מודל STATCOM כגנרטור אידיאלי באוטובוס עם מגבלות תגובתיות.

סדרת Thyristor-Controlled Series Capacitor (TCSC)

(הופנה מהדף TCSC) מביא תגובה משתנה בסדרה עם קו שידור: מודל זרימה עומס משנה את סדרת הקו ללא תשלום:0XFLT:1lineFLT:2FLT 3:2IRLT 3 כדי ל-FLT:4XFLT: 5lineFLT 6 + XFalvetrated 7.

פיקוח של Power Flow (UPFC)

(ב) UPFC הוא המורכב ביותר: הוא מזריק סדרה של מתח (FLT:0)VFeloure 1:203FLT 3 ו- רצף של ההרחבה:0) מקורות ה-UPVFLT:1FLT (למעלה מ- 6FLT 7) כדי לשלוט באופן עצמאי בכוח אמיתי ופעולתי על הקו.

אתגרים באינטגרציה וסימציה

למרות ה תחכום הדוגמנות, מהנדסים מתמודדים עם מספר אתגרים מעשיים כאשר משלבים HVDC ו-FACTS למחקרי זרימה עומס:

  • (FLT:0) אי-לינאריות והתכנסות (FLT:1: המאפיינים של שליטה ⁇ (למשל, SVC saturation, המרת גבולות) יכולים לגרום להפסקתים בפגמים. ניוטון-רפסון עשוי להיכשל אם הניחוש הראשוני הוא רחוק מהפתרון.טכניקות כגון המשך כוח או שיטות הורומוטו נדרשים לפעמים.
  • (FLT:0) זמינות נתונים ודיוקן FLT:1: יצרנים לעתים קרובות מספקים פרמטרים להמיר כמו טבלאות חיפוש ולא ניסוחים אנליטיים. יכולת כוח תגובתי עקומות עבור VSC-HVDC תלויה מתח AC ויש לייבא במדויק.
  • (FLT:0)ניהול מערכות בקרה:1hil: זרימת המטען היא סטטית, אבל רבים של FACTS ו HVDC שולט הם דינמיים (למשל, בקרים של רגולציה מתח). מחקר סטטי חייב להניח סטנקטים של שליטה במצב יציב; טראנסים מטופלים על ידי סימולציות של זמן, לא עומס.
  • (FLT:0) אינטגרציה מערכת בקנה מידה גדול של מערכת אינטגרציה: כאשר קישורים HVDC מרובים ומכשירי FACTS נמצאים, המרצת ג'ייקובנית המורחבת הופכת גדולה ומסוכנת.
  • (FLT:0)Harmonics ו-פעולה לא מאוזנת של פעולה 1 (FLT: Load Flow מניחה את התדר הבסיסי ומאוזנת 3-phase. LCC ממירים לייצר הרמוניות המשפיעות על גלימות מתח; תוכניות זרימה מזיקות מיוחדות (למשל, תדירות דומיין) יש להשתמש בניתוח מפורט.

כלי תוכנה וגישות מעשיות

חבילות ניתוח כוח קוד מסחרי ופתוח מטפלות ב- HVDC ו-FACTS עם רמות שונות של פרטים.כמה כלים בשימוש נרחב כוללים:

  • (FLT:0PSS®E (Siemens) ReveFLT:1: מספק מודלים מובנה עבור LCC ו VSC HVDC, SVC, STATCOM, TCSC ו UPFC. המשתמש מגדיר פרמטרים שליטה בקובץ הנתונים הגולמי (למשל, רשומות HV DC).
  • (FLT:0)igSIL PowerFactoryFalph:1) : מאפשר מודלים מורכבים המוגדרים על ידי משתמשים באמצעות שפת תכנות Python / DIgSILENT.
  • (FLT:0 ETAP (מבצע טכנולוגיה, Inc.) ,Everph:1: כולל דגמי קישור HVDC עם הפסדים להמיר ולייעל את התקני FACTS ניתן להכניס כ"מודלים דינמיים רגילים" מהספריות.
  • (FLT:0)MATPOWER (קוד פתוח, MATLAB מבוסס)FLT:1: דורש הרחבות קוד המשתמש עבור HVDC ו- FACTS לעתים קרובות ליישם מודלים באמצעות "משתמש" שיחות ופונקציות מותאמות אישית.
  • (FLT:0)PowerWorld SimulatorofLT:1: יש מודלים מבוססי קוסמים HVDC ו-FACTS עם ניתוח עקבי אינטראקטיבי.

עבור מחקרים מעשיים, מהנדסים ממליצים להתחיל עם מודלים של ספריות בנוי ואמת נתונים של היצרן. כי HVDC ו- FACTS מכשירים הם לעתים קרובות חלק מהסכמי קישוריות, אימות מודל באמצעות מדידות שדה בפועל (למשל, מ PMUs) הופך לפרקטיקה סטנדרטית.

מקרה מחקר: Integrating HVDC ו-SttCOM ב-Gird Grid

שקול עמוד השדרה של 500 kV AC המחבר בין שני מרכזי עומס גדולים 800 ק"מ בנפרד, עם קישור קיים 1000 MW LCC-HVDC. כדי להגדיל את יכולת ההעברה ואת יציבות המתח, ± 200 MVAr STATCOM מתוכנן באמצע הדרך, וקישור VSC-HVDC חדש נוסף לשילוב אנרגיה מתחדשת.

  1. לקבוע את מקרה הבסיס עם LCC-HVDC קיים (מכיר במצב כוח קבוע, מופנם במצב מתח DC קבוע).
  2. הוסף את STATCOM מודל כמו אוטובוס PV עם Q גבולות של ±200 MVAr.
  3. הכנס את מערכת VSC-HVDC החדשה כמערכת דו-טווח עם נקודת כוח פעילה (500 מ"ג מחוות רוח) ובקרת כוח תגובתית באוטובוס AC (התקנה של 1.02 p.u).
  4. Solve באמצעות ניוטון-רפסון עם ג'ייקוביאן מורחב עבור משתנים DC (זוויות אש, DC זרמי) ו-SttTCOM susceptance.
  5. לבצע ניתוח חד פעמי N-1: הפסד קו 500 kV בעוד HVDC ו- STATCOM פועלים.

התוצאות מראות בדרך כלל כי ה- STATCOM שומר מתח באמצע ה ±2%, בעוד הקישור VSC-HVDC יכול להזיז את זרימת החשמל כדי להימנע מעומסים יתר על המידה.זמן ההתכנסות של העומס עולה בכ-15% בשל המשתנים הנוספים, אך פותרים מודרניים מטפלים בכך בנוחות.

היתרונות של ניתוח טעינה חישובי עבור תכנון ותפעול

הערך של מודלים מתאימים HVDC ו- FACTS במחקרי זרימת העומס משתרע על פני כל מחזור החיים של מערכת חשמל:

  • (FLT:0) תכנון חשמל אופציונלי של זרימת כוח תפוצה:1: Determines המיקום הטוב ביותר ו sizing של טרמינלים חדשים של FACTS או HVDC. ניתוח עקבי מזהה נקודות חלשות.
  • (FLT:0) הערכת אבטחה תפעולית: זרימת עומס בזמן אמת עם הערכת מצב מבטיחה כי HVDC ו- FACTS נמצאים בגבולות שליטה וכי פרופילי מתח מתקבלים על הדעת.
  • (FLT:0) ניהול ניהול ההנעה:1: על ידי התאמת הסדרה פיצוי (TCSC) או זווית שלב (UPFC), מפעילי יכולים להקל על קווים מוגזמים ללא דור מחוספס מחדש.
  • (FLT:0) מחקרים המשפיעים על שילוב מחדש של מחקרים על אינטגרציה 1FLT: HVDC קישורים המחברים בחוות רוח offshore דורשים ניתוח זרימה של אנרגיה ברמות שונות של תפוקה (למשל, 0% עד 100% כוח מדורג) כדי להעריך וריאציות מתח רשת וצרכים של כוח תגובתי.
  • (FLT:0) מחקרי Harmonic ו resonance Resonance מחקרים 1 (למרות שלא רק זרימה של עומס, נקודת התפעול היציבה של מדינת-מדינה מזרימת עומס לתוך סריקות של עכבות בתדרים המשמשים לבדיקה עבור התחדשות הרמונית עם מסננים HVDC.

מגמות עתידיות: סימולציות בזמן אמת, תאומים דיגיטליים ו-AI

שילוב HVDC ו- FACTS הוא מאיץ בשל התרחבות מסדרונות HVDC באסיה, אירופה וצפון אמריקה, והפריסת FACTS ברשתות ההזדקנות. מגמות מתפתחות שישפיעו על מחקרים על זרימת עומס כוללים:

  • (FLT:0) סימולטורים דיגיטליים בזמן אמת (RTDS)אנדרט) 1:1: זרימה של עומס Offline משמש כמצב ראשוני למחקרים מתקדמים אלקטרומגנטיים בזמן אמת, במיוחד עבור רשתות מרובות טווח VSC-HVDC.
  • (FLT:0) מודלים של תאום תאום מולד (FLT:1): תאום דיגיטלי של רשת שידור מעדכן פתרונות זרימה ללא הרף עם בשידור חי. HVDC ומודלים FACTS בתאום חייב להיות מדויק לכמה אחוזים.
  • (FLT:0) Machine Learning מואצת פותרים 1R: רשתות נילי שהוכשרו על אלפי מקרי זרימה של עומס יכול לספק נחשים ראשוניים מהירים עבור ניוטון-רפסון, צמצום הזיהומים עבור מערכות מורכבות עם ממירים רבים.
  • (FLT:0) שטף עומס פרוביביליסטי של זרימה:1: במקום מקרה אחד מכריע, עומס פרוביביליסטי זורם חשבונות עבור ריקות בדור מתחדשים (באמצעות HVDC) ולא בטוח עומס, הדורשים רבים מונטה קרלו פועל עם מודלים יעילים HVDC.
  • (FLT:0)-Situlation עם גז ורשתות מים, ההרחבה: עבור מרכזי אנרגיה, HVDC ו- FACTS יש להיות יחד עם מודלים אחרים של תשתיות, עדיין להסתמך על פתרון זרימת העומס הליבה.

מסקנה

מחקרי זרימת המטען נשארים כלי בסיסי לניתוח ומערכות כוח הפעלה עם HVDC ו- FACTS מכשירים.המורכבות הדוגמת גדלה עם כל דור חדש של טכנולוגיית המרתר, אבל העקרונות הבסיסיים - פתרון משוואות כוח לא ליניאריות - הם בוגרים וחזקים. מהנדסים אשר לשלוט בייצוג של זריקות מבוקרות, מוטציות משתנות, וממיר משוואות מבטיח כי הסימולציות שלהם משקפים התנהגות אמיתית בעולם, המאפשרת פיתוח יעיל של טכנולוגיות מתקדמות ומאובטחות של חשמל מתקדמות.

(ב) ראו את משרד החינוך של משרד האנרגיה של HVDC (ה-HVDC) , ראה את ה- HVDC (FLT:2ScienceDirect on Power Flow) 3, ואת מדריך ה-FLT:4IEEE עבור מודל FACTS במערכת חשמל סימולציותFLT:5).