Кіріспе

Электр қуаты ағынын сандық талдау Электр энергетикасында қуат ағыны зерттеуі немесе жүктеме ағыны зерттеуі – өзара байланысты жүйеде электр қуаты ағынын сандық талдау. Қуат ағыны зерттеуі әдетте біржолды сызба және бірлік жүйесі сияқты оңайлатылған белгілерді қолданады және кернеулер, кернеу бұрыштары, активті қуат және реактивті қуат сияқты АЖ қуат параметрлерінің әртүрлі аспектілеріне назар аударады. Ол жүйенің қалыпты тұрақты күйде жұмыс істеуін талдайды. Қуат ағыны немесе жүктеме ағыны зерттеулері электр жүйелерін болашақта кеңейтуді жоспарлау, сондай-ақ қолданыстағы жүйелердің тиімді жұмыс істеуін анықтау үшін маңызды. Қуат ағыны зерттеуінен алынатын негізгі ақпарат – әрбір түйіндегі кернеудің шамасы мен фазалық бұрышы, сондай-ақ әрбір желіде ағылатын активті және реактивті қуат. Коммерциялық қуат жүйелері көбінесе қуат ағынын қолмен есептеуге мүмкіндік бермейтіндей күрделі болып келеді. 1929 жылдан 1960 жылдардың басына дейін арнайы желілік талдағыштар электр жүйелерінің зертханалық масштабтағы физикалық модельдерін жасау үшін құрылды. Ірі көлемді цифрлық компьютерлер аналогтық әдістерді сандық шешімдермен алмастырды. Қуат ағыны зерттеуінен басқа, компьютерлік бағдарламалар қысқа тұйықталуды талдау, тұрақтылықты зерттеу (өткінші және тұрақты күй), қуатты бөлу және экономикалық диспетчерлеу сияқты байланысты есептеулерді орындайды. Атап айтқанда, кейбір бағдарламалар сызықтық бағдарламалауды ең төменгі киловатт сағатына түсетін құнмен қуат ағынын табу үшін пайдаланады. Жүктеме ағыны зерттеуі, әсіресе бірнеше жүк орталықтары бар жүйе үшін, мысалы, мұнай өңдеу зауыты кешені үшін өте құнды. Қуат ағыны зерттеуі – жүйеге қосылған жүктемені тиімді қамтамасыз ету қабілетін талдау. Жалпы жүйелік шығындар, сондай-ақ жеке желілік шығындар да тізімделеді. Трансформаторлардың қосымша орналасуы моторларды басқару орталықтары сияқты маңызды нүктелерде дұрыс кернеуді қамтамасыз ету үшін таңдалады. Қолданыстағы жүйеде жүктеме ағыны зерттеуі жүйе жұмысы және басқару параметрлерін оңтайландыру бойынша түсініктер мен ұсыныстар береді, бұл пайдалану шығындарын азайта отырып, ең жоғары қуатты алуға мүмкіндік береді. Мұндай талдаудың нәтижелері активті қуат, реактивті қуат, кернеу шамасы және фазалық бұрыш түрінде беріледі. Сонымен қатар, қуат ағыны есептеулері генерациялық бірліктер тобының тиімді жұмыс істеуі үшін өте маңызды. Белгісіздіктерге қатысты тәсілі бойынша жүктеме ағыны зерттеуін детерминистік жүктеме ағыны және белгісіздіктерді ескеретін жүктеме ағыны деп бөлуге болады. Детерминистік жүктеме ағыны зерттеуі қуат өндірісінен және жүктеме мінез-құлқынан туындайтын белгісіздіктерді ескермейді. Белгісіздіктерді ескеру үшін ықтималдық, мүмкіндік, ақпараттық айырмашылық шешімдері теориясы, берік оңтайландыру және интервалдық талдау сияқты бірнеше тәсілдер қолданылған.

Үлгі

Қалпына келтірілетін ток ағыны моделі – электр желілерін талдау үшін электротехникада қолданылатын модель. Ол әрбір беру желісі арқылығы энергия ағынын сипаттайтын сызықтық емес теңдеулер жүйесін ұсынады. Мәселе сызықтық емес, себебі жүктеме кедергілеріне қуат ағыны қолданылатын кернеулердің квадратына тәуелді. Сызықтық еместігіне байланысты, көп жағдайда үлкен желілерді Қалпына келтірілетін ток ағыны моделі арқылы талдау мүмкін болмайды, сондықтан оның орнына сызықтық (бірақ аз дәлді) Тұрақты ток ағыны моделі қолданылады. Әдетте, үш фазалық қуат жүйесін талдау барлық үш фазаның теңдемелі жүктемесін қарастыру арқылы жеңілдетіледі. Синусоидалық тұрақты режимде жұмыс істеу қабылданады, яғни жүктеме немесе генерация өзгерген кезде қуат ағынында немесе кернеуде кез келген уақытша өзгерістер болмайды, яғни барлық ток пен кернеу формалары синусоидалық, тұрақты токқа ие емес және бірдей жиілікке ие. Бұл болжам электр жүйесінің сызықтық уақыт инвариантты екендігімен (теңдеулер жүйесі сызықтық болмаса да) бірдей, бірдей жиіліктегі синусоидалық көздермен қозғалады және тұрақты режимде жұмыс істейді, бұл фазорлық талдауды қолдануға мүмкіндік береді, бұл тағы бір жеңілдету. Әрі қарай жеңілдету үшін барлық кернеулерді, қуат ағындарын және кедергілерді көрсету үшін бірлік жүйесі қолданылады, бұл ретте нақты жүйе мәндерін ыңғайлы базалық шамаға ауыстыру жүзеге асырылады. Жүйенің бір сызықтық схемасы – жүйенің генераторларының, жүктемелерінің, шиналарының және беру желілерінің математикалық моделін, сондай-ақ олардың электр кедергілерін және номиналдық қуатын құрудың негізі болып табылады.

Қуат ағынының басқа әдістері

Гаусс-Сейдель әдісі: Бұл ең алғашқы жасалған әдіс. Ол басқа итеративтік әдістермен салыстырғанда конвергенция жылдамдығы жай, бірақ жадыны аз қолданады және матрицалық жүйені шешу қажеттілігі туындамайды. Жедел ажыратылған жүктеме ағыны әдісі – бұл Ньютон-Рафсон әдісінің бір түрі, ол жақсы жұмыс істейтін электр желілеріндегі белсенді және реактивті қуат ағындарының шамамен дерлік тәуелсіздігін пайдаланады. Сонымен қатар, есептеу шығындарын азайту үшін итерация кезінде Якобиан матрицасының мәнін өзгеріссіз ұстайды. Оны "тұрақты еңіс, ажыратылған Ньютон-Рафсон" деп те атайды. Алгоритм ішінде Якобиан матрицасы бір рет инверсияланады және үш шартқа сүйенеді. Біріншіден, шиналар арасындағы өткізгіштік нөлге тең. Екіншіден, шина кернеуінің шамасы бірлікке тең. Үшіншіден, шиналар арасындағы фазалардың синусы нөлге тең. Жедел ажыратылған жүктеме ағыны, Ньютон-Рафсон әдісіне қарағанда әлдеқайда жылдам, бірнеше секундтың ішінде нәтижені береді. Бұл электр желілерін нақты уақыт режимінде басқару үшін өте пайдалы. Холоморфтық енгізілім жүктеме ағыны әдісі: күрделі талдаудың озық әдістеріне негізделген, жақында ғана әзірленген әдіс. Ол тікелей есептеуге мүмкіндік береді және қуат ағыны теңдеулеріндегі көптеген шешімдердің ішінде дұрыс (жұмыс істейтін) шешімді табуға кепілдік береді. Артқа және Алға қарай Сканерлеу (ААҚ) әдісі: Көптеген қазіргі заманғы тарату желілерінің радиалды құрылымын пайдалануға арналған әдіс. Ол бастапқы кернеу профилін таңдауды және желі компоненттерінің бастапқы теңдеулер жүйесін екі жеке жүйеге бөлуді қамтиды. Содан кейін, конвергенцияға қол жеткізгенге дейін, бірінші жүйенің нәтижелерін екінші жүйеде пайдалана отырып, есептеулер жүргізіледі. Кернеулер белгілі болғанда токтарды есептеу – артқа қарай сканерлеу (АҚ), ал токтар белгілі болғанда кернеулерді есептеу – алға қарай сканерлеу (АА) деп аталады. Лоран қуат ағыны (ЛҚА) әдісі: Электр тарату жүйелері үшін шешімнің бірегейлігіне және бастапқы шарттарға тәуелді болмауына кепілдік беретін қуат ағыны формуласы. ЛҚА ток инъекциясы әдісіне (ТІӘ) негізделген және Лоран қатарларын қолданады. Бұл формуланың ерекшеліктері – оның дәлелденген сандық конвергенциясы мен тұрақтылығы, сондай-ақ есептеу артықшылықтары. Теңгерімді және теңгерімсіз желілерде BFS әдісінен кем дегенде он есе жылдам екені дәлелденген. Жүйенің өткізгіштік матрицасына негізделгендіктен, бұл формула радиалды және торлы желі топологияларын қосымша өзгертулерсіз қарастыруға мүмкіндік береді (компенсацияға негізделген ААҚ-тан өзгеше). ЛҚА әдісінің қарапайымдылығы мен есептеу тиімділігі оны рекурсивті қуат ағыны мәселелері үшін тартымды етеді, мысалы, уақыт қатарларын талдау, метаэвристика, ықтималдық талдау, қуат жүйелеріне қолданылатын күшейту оқыту және басқа да байланысты қосымшалар.

DC қуат ағыны

Тік ток жүктеме ағыны AC электр жүйелеріндегі желілердің қуат ағынына шамамен баға береді. Тік ток жүктеме ағыны тек белсенді қуат ағынын қарастырады және реактивті қуат ағынын ескермейді. Бұл әдіс итерацияланбайды және толық конвергентті, бірақ AC жүктеме ағыны шешімдерінен кем дәл. Тік ток жүктеме ағыны, қайталанатын және жылдам жүктеме ағынына қажеттілік туғанда қолданылады.