Управление устойчивостью сетей с распределенной генерацией

Проблема: Управление распределенной генерацией в реальном времени не представляет особых проблем, хотя и требует уменьшения участия человека в управлении генераторами и повышения доли полностью автоматического управления. Однако при интеграции распределенной энергетики в магистральную сеть возникают проблемы, связанные с динамическим взаимодействием генераторов основной сети с большой инерцией с распределенной генерацией, включая ВИЭ, которые обладают малой инерцией. В результате такого взаимодействия возникают опасные слабоустойчивые колебания, которые могут привести к поломке технологического оборудования у потребителей, или электротехнического оборудования в основной сети, а также к развитию каскадной аварии. Возникает новая задача мониторинга запаса устойчивости для магистральных электрических сетей.

network-stability-1
network-stability-2

Подходы: Сегодня модальный анализ является основным методом мониторинга опасных колебаний в мире. Предлагаемое решение: гибридный метод мониторинга степени устойчивости группы колебаний: модальный анализ  в сочетании с методом  суб-грамианов. Грамианом называется матрица решения матричного уравнения Ляпунова, которая используется в прямом методе Ляпунова в критерии устойчивости по Ляпунову для динамической системы. Суб-грамианом называется спектральная составляющая разложения матрицы грамиана по собственным числам матрицы динамики ЭЭС.С помощью грамиана линеаризованной модели энергосистемы можно вычислить энергию, запасенную в электроэнергетической системе. Эту энергию можно представить в виде суммы положительных чисел, каждое из которых определяет энергию отдельно взятой моды. Доказано, что при приближении системы к границе устойчивости, обусловленной приближением слабоустойчивой моды к мнимой оси, эвклидова нормы матрицы субграмиана  этой моды стремится к бесконечности. Физический смысл этого утверждения заключается в том, что часть энергии перетекает в слабоустойчивые моды, что приводит к уменьшению декремента затухания моды и к раскачиванию системы. Методы модального анализа и суб-грамианов хорошо дополнят друг друга в задаче мониторинга опасных колебаний, поэтому комбинированный метод, использующий оба подхода к анализу устойчивости усиливает достоинства каждого метода и сглаживает недостатки.

Методы исследования: Методы анализа устойчивости сложных многорезонансных динамических систем - линейных и нелинейных систем с гладкими нелинейностями, описываемых обыкновенными дифференциальными уравнениями. Необходимо знать математическую модель энергосистемы, которая может быть восстановлена по данным измерений состояний системы.

Объект исследования:  Электроэнергетическая система, функционирующая в нормальном и аварийном режиме.

Потенциальный заказчик: ПАО «Россети», Институты развития электроэнергетической отрасли (ЭнерджиНэт)