Выполнение расчетов электрических режимов на ЭВМ

Известно много программ расчета электрических режимов электрических сетей на ЭЦВМ, составленных различными организациями: Институтом электродинамики АН УССР, Киевским политехническим институтом, Энергетическим институтом Сибирского отделения АН СССР, ВНИИЭ АН СССР, Уральским политехническим институтом и др. Эти программы основаны на различных методах расчета режима и используют различные методы решения систем уравнений.
Дадим некоторые рекомендации по практическому проведению расчетов электрических режимов на ЭВМ применительно к программам Института электродинамики АН УССР, получившим наибольшее распространение на практике. Эти программы используют метод уравнений узловых напряжений, решение которых осуществляется методом ускоренной итерации.
Расчеты начинаются с подготовки схемы электрической системы. Каждая программа предусматривает возможность включения в схему не более определенного числа узлов и ветвей. Поэтому если в рассматриваемой схеме число узлов или ветвей превышает допустимое, то необходимо предварительно произвести преобразования и упростить схему.
Подготовка исходной информации для расчетов является ответственным этапом и требует большой внимательности. В составленной расчетной схеме производится нумерация узлов, которая в принципе может быть произвольной. Однако удобнее проводить расчеты тогда, когда соседние номера расположены рядом.
Всю исходную информацию, которая необходима для расчетов, можно разделить на три группы: общие данные, информация о ветвях и информация об узлах.
В общих данных указывается требуемая точность расчетов. Хотя ЭВМ позволяют получать очень высокую точность расчетов, в практических условиях приходится считаться с увеличением времени счета при повышении точности. В процессе итерационного расчета вычисления считают законченными, если результаты двух приближений, следующих друг за другом, отличаются менее, чем заданные в исходных данных величины. При выполнении расчета достигнутая точность контролируется по двум последующим приближениям продольной и поперечной составляющих напряжений (U' и U") во всех узлах схемы. Окончательный контроль производится путем проверки баланса активных и реактивных мощностей по первому закону Кирхгофа во всех узлах расчетной схемы.
Наибольшие небалансы сравниваются с величиной заданной точности:
активных мощностей; 2v, — сумма всех реактивных нагрузок,
сходящихся в узле с наибольшим небалансом реактивных мощностей; бРНб, 6Qe6 — максимально допустимые заданные величины небалансов активной и реактивной мощностей.
Заданная точность при расчете достигнута, если одновременно для всех узлов схемы соблюдаются условия:
В практических расчетах достаточная точность находится в следующих пределах: б£/точн=0,05—0,01 кВ; 6PH6=6Qh6= = 1—0,1 МВт (Мвар).
Кроме точности расчетов, в общих исходных данных указывают номер балансирующего узла и допустимые напряжения в нем, перечисляют все номинальные напряжения, встречающиеся в схеме, задают статические характеристики нагрузки, отличные от типовых.
В информации о ветвях схемы задаются параметры линий и трансформаторов. Линии представляются П-образиой схемой замещения. Продольные элементы схемы замещения линии электропередачи обычно представляются в виде сопротивлений.
В расчетах по разработанным программам активные проводимости линий не учитываются. Емкость линии может быть учтена проводимостью В либо сопротивлением -к-. Она может быть также представлена половинами зарядных мощностей, записанных в виде генерирующих реактивных мощностей на шинах подстанций.
Трансформаторы учитываются своими активными и реактивными сопротивлениями.
При необходимости учета потерь холостого хода они записываются в виде дополнительной нагрузки шин высшего или низшего напряжения подстанций..
Если сеть рассматривается без приведения сопротивлений к одному напряжению, то для каждого трансформатора дополнительно задается коэффициент трансформации. В проектных расчетах обычно устанавливают средние (номинальные) ответвления трансформаторов. При эксплуатационных расчетах имеется более полная информация, и могут быть приняты действительные коэффициенты трансформации.
. Следует отметить, что при такой форме задания исходной информации о ветвях требуется большая предварительная работа по ручному расчету сопротивлений и проводимостей линии электропередачи и трансформаторов. Поэтому целесообразно расчёт этих параметров поручить самой ЭВМ.
Нагрузки узлов в исходной информации представляются обычно постоянными мощностями или мощностями с учетом их изменения по статическим характеристикам. Статические характеристики учитываются в виде полиномов второй степени: где Рв, Qh — активные и реактивные мощности при номинальном напряжении 1/ы; Р, Q— мощности узла нагрузки при напряжении U, отличном от номинального.
Программы предусматривают возможность учета типовых статических характеристик, соответствующих узлам нагрузки со смешанным составом потребителей. Для узлов, у которых статические характеристики существенно отличаются от типовых, задаются свои коэффициенты а и Ь.
Отдельные узлы нагрузки могут быть введены в схему с фиксированным напряжением (опорные узлы). Это обычно узлы с крупными источниками реактивной мощности. Для них задаются активная мощность, модуль напряжения и допустимые пределы изменения реактивной мощности (Qmax —Qmln).
Генераторные узлы представляются постоянными активными и реактивными мощностями либо постоянной активной мощностью, фиксированным модулем и -допустимыми пределами изменения реактивной мощности.
Один из узлов в схеме принимается за балансирующий. Он покрывает всю разность между генерируемой и потребляемой частями энергосистемы. Для этого узла задаются только допустимые пределы изменения напряжения. Металлические двери с электронным замком.
Для уменьшения затрат на подготовку исходной информации разработаны специальные программы автоматического поиска ошибок исходных данных. Они выявляют неверно представленные активные сопротивления, активные мощности, фиксированные напряжения и др. Идея работы программ заключается в том, что после ввода исходных данных производится проверка их соответствия физическому смыслу. Например, в электрических сетях 110—4500 кВ, как правило, R<X. Поэтому при неверной записи ЭВМ заметит обратное соотношение и укажет на соответствующую ветвь.
Общее время расчета на ЭВМ зависит от объема схемы и тяжести получаемого режима. Последний фактор связан со сходимостью итерационного процесса, которая существенно зависит от параметров схемы и параметров режима. По мере утяжеления режима сходимость ухудшается. Это особенно важно при проектных расчетах, когда заранее неизвестны даже приближенные режимы намеченного варианта схемы сети.
Практические расчеты сложных схем показывают, что по программам расчета на ЭВМ, использующим метод ускоренной итерации, сходимость обеспечивается достаточно хорошо, если отношение наименьшего напряжения в сети к наибольшему выше 0,7. При 0'min/£Anas==0,5-0,7 сходимость не гарантирована, а при (min/max<0,5 не обеспечивается.
Сходимость итерационных процессов зависит также от точно^ сти выбора начальных приближений напряжений в узлах. Чем ближе к истинным значениям принятые начальные приближения, тем быстрее сходится итерационный процесс.
В результате расчета на печать могут быть выведены напряжения во всех узлах, потоки мощности по всем ветвям и нагрузки узлов, суммарные потери активной и реактивной мощностей.