Гибридное моделирование распределенной генерации в электроэнергетических системах

Abstract

Тенденция многих стран в переходе к распределенной энергетике и уход от централизованного энергоснабжения актуализирует вопросы функционирования электроэнергетических систем с объектами распределенной генерации. Внедрение распределенной генерации коренным образом меняет свойства распределительных сетей как пассивных транспортно-распределительных структур, превращая их в активные распределительные системы с новыми свойствами и динамическими характеристиками, что неизбежно приводит к существенному взаимовлиянию процессов в узлах крупной генерации и удаленных узлах нагрузки с распределенной генерацией в условиях реверсивных и быстроменяющихся потоков мощности. Анализ в статье показывает, что взаимовлияние устройств распределенной генерации на процессы в электроэнергетических системах неоднозначно, и каждый частный случай требует изучения, так как наряду со значимыми преимуществами для ЭЭС существуют негативные последствия, связанные с режимами работы различных типов и устройств распределенной генерации. Определить взаимное влияние распределенной генерации и электроэнергетической системы возможно только путем математического моделирования, при этом для достижения максимально близких к реальным данным результатов моделирования необходимо воспроизводить наиболее полные и подробные топологии электроэнергетических систем с распределенной генерацией, однако известны ограничения, присущие существующим программно-вычислительным и программно-аппаратным комплексам, не позволяющие осуществить такое моделирование в должной мере и получить достоверные результаты. Авторами предложен альтернативный существующему гибридный подход в моделировании электроэнергетических систем (моделирование цифровое, аналоговое и на физическом уровне) и средство его реализации – всережимный моделирующий комплекс реального времени электроэнергетических систем. Разработан специализированный гибридный процессор ветроэнергетической установки, проведены его тестовые исследования как устройства распределенной генерации в Томской электроэнергетической системе. As many countries seek to use distributed energy more and move away from conventional centralized electricity delivery, the functioning of grids carrying distributed generation facilities becomes a relevant matter. Adoption of distributed generation fundamentally alters the properties of distribution grids, transforming them from passive transports and distributors into active distribution systems that have novel properties and dynamic characteristics, which inevitably causes the processes at major generation nodes and remote load nodes to affect each other in the context of reverse, rapidly changing power flows. Analysis presented herein shows that the mutual influence of distributed generation facilities and in-grid processes are ambiguous, and each case calls for analysis of its own, since, while being an advantage for the grid, distributed generation has negative impact, too, which pertains to the operating parameters of various DG types and units. How DG facilities and the grid affect each other can only be found by mathematical modeling; to maximize the accuracy, such modeling has to reproduce the most complete and detailed topology of grids carrying DG facilities; however, there are known limitations of software and hardware that prevent such modeling from returning accurate results. The authors hereof propose an alternative, hybrid approach to modeling electric systems (grid) that combines digital, analog, and physical-level modeling; the approach has been implemented as the All-Mode Real-Time Grid Simulation Complex. A specialized hybrid wind-farm processor has been designed and tested as a distributed generation unit of Tomsk Electric Grids.