РАЗРАБОТКА РАСЧЕТНОЙ МОДЕЛИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ПРИ ГЕОМАГНИТНЫХ БУРЯХ

  • Вера Васильевна Вахнина Тольяттинский государственный университет
  • Алексей Алексеевич Кувшинов Тольяттинский государственный университет
  • Владимир Андреевич Шаповалов Тольяттинский государственный университет
  • Алексей Николаевич Черненко Тольяттинский государственный университет
  • Дмитрий Алексеевич Кретов Тольяттинский государственный университет
  • Виталий Александрович Кузнецов Тольяттинский государственный университет
  • Татьяна Александровна Рыбалко Тольяттинский государственный университет
Ключевые слова: электроэнергетическая система, ЭЭС, модель, моделирование, геомагнитные бури, ГМБ, геоиндуцированный ток, ГИТ

Аннотация

Разработана модель и алгоритм расчета функционирования электроэнергетической системы любой конфигурации и сложности при геомагнитных бурях различной интенсивности и длительности. Расчеты реализованы в математической системе MATLAB в пакете Simulink. При создании модели электроэнергетической системы использованы как стандартные блоки Simulink и SimPowerSystems, так и блоки, разработанные авторами. Особенностями разработанной расчетной модели электроэнергетической системы являются: привязка объектов к географическим координатам местности; моделирование силовых трансформаторов на основе применения Т-образной схемы замещения с нелинейной взаимной индуктивностью ветви намагничивания, которая является функцией от величины геоиндуцированного тока; введение источника гармонических составляющих намагничивающих токов силовых трансформаторов; расчет действующих значений активной, реактивной, полной мощностей во всех элементах с учетом вклада гармонических составляющих тока и напряжения. Приведены результаты моделирования воздействия геомагнитной бури различной интенсивности с направлением вектора напряженности геоэлектрического поля запад-восток для электроэнергетической системы Самарского региона.

Биографии авторов

Вера Васильевна Вахнина, Тольяттинский государственный университет
кандидат технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Электроснабжение и электротехника»
Алексей Алексеевич Кувшинов, Тольяттинский государственный университет
доктор технических наук, профессор кафедры «Электроснабжение и электротехника»
Владимир Андреевич Шаповалов, Тольяттинский государственный университет
кандидат технических наук, доцент кафедры «Электроснабжение и электротехника»
Алексей Николаевич Черненко, Тольяттинский государственный университет
кандидат технических наук, доцент кафедры «Электроснабжение и электротехника»
Дмитрий Алексеевич Кретов, Тольяттинский государственный университет
кандидат технических наук, доцент кафедры «Электроснабжение и электротехника»
Виталий Александрович Кузнецов, Тольяттинский государственный университет
старший преподаватель кафедры «Электроснабжение и электротехника»
Татьяна Александровна Рыбалко, Тольяттинский государственный университет
ассистент кафедры «Электроснабжение и электротехника»

Литература

1. Report of the Commission to Assess the Threat to the United States from Electromagnetic Pulse (EMP) Attack. Critical National Infrastructures, 2008. URL: http://www.empcommission.org/docs/A2473-EMP_Commission-7MB.pdf (дата обращения: 29.01.2014)
2. Boteler, D.H. Assessment of geomagnetic hazard to power systems in Canada / D.H. Boteler // Natural Hazards 23. – 2001. - Volume 23, Issue 2-3 – p. 101 – 120.
3. Watermann, J. The magnetic environment – GIC and other ground effect / J. Watermann // Space weather. – 2007. - Volume 344. – p. 269 – 275.
4. Kappenman, J. Geomagnetic Storms and Their Impact on the U.S. Power Grid., 2010. URL: http://web.ornl.gov/sci/ees/etsd/pes/pubs/ferc_Meta-R-319.pdf (дата обращения: 29.01.2014)
5. Kappenman, J. A Perfect Storm of Planetary Proportions / J. Kappenman // IEEE Spectrum. – 2012. – Volume 49, Issue 2. – p. 26 – 31.
6. Pulkkinen, A. Geomagnetic Induction During Highly Disturbed Space Weather Conditions: Studies of Ground Effects. Academic Dissertation. University of Helsinki, Faculty of Science, Department of Physical Sciences., 2003 // http://ethesis.helsinki.fi/julkaisut/mat/fysik/vk/pulkkinen/geomagne.pdf (дата обращения: 29.01.2014)
7. Pirjola, R. Review on the calculation of surface electric and magnetic fields and of geomagnetically induced currents in ground-based technological systems. Surveys in geophysics. – 2002. – Volume 23, Issue 1, pp. 71-90. URL: http://www.ingentaconnect.com/content/klu/geop/2002/00000023/00000001/00394486 (дата обращения: 29.01.2014)
8. Girgis, R. Effects of GIC on power transformers and power systems / R. Girgis, K. Vedante, K. Gramm // Transmission and Distribution Conference and Exposition (T&D), 2012 IEEE PES. – 2012. - p. 1-8.
9. Barnes, P.R. Electromagnetic pulse research on electric power systems: Program Summary and recommendations. 1993 / P.R. Barnes, B.W. McConnell, J.W. Van Dyke // http://www.survivalring.org/classics/ElectromagneticPulseResearchOnElectricPowerSystems-ProgramSummaryAndRecommendations-ORNL6708.pdf (дата обращения: 29.01.2014)
10. Walling, R.A. Characteristics of transformer exciting – current during geomagnetic disturbances / R.A. Walling, A.N. Kahn // IEEE Transactions on Power Delivery. – 1991. - Volume 6, Issue 4. - p. 1707 – 1714.
11. Pirjola, R. Geomagnetically induced currents in the Finnish 400 kV power transmission system / R. Pirjola // Physics of the Earth and Planetary Interiors. – 1989. – Volume 53, Issue 3-4. – p. 214 – 220.
12. Абдурахманов, А.Я. Влияние геомагнитных индуктированных токов на работу силовых и измерительных трансформаторов / А.Я. Абдурахманов, Р.С. Ишан-Ходжаев, З.М. Мухаметшина // Вопросы регулирования напряжения в электропередачах сверхвысокого напряжения. – М., 1988. – С. 63 – 70.
13. Гершенгорн, А.И. Воздействия геомагнитных токов на электрооборудование энергосистем / А.И. Гершенгорн // Электрические станции. – 1993. – № 6. – С. 54 – 63.
14. Kappenman, J.G. Space weather and vulnerability of electric power grids / J.G. Kappenman // Effect of space weather on technology infrastructure, 2004. – p. 257 – 286.
15. Lonngren, K.E. Fundamentals of Electromagnetics with MATLAB / K.E. Lonngren, S.V. Savov. – Scitech. - 2005. – p. 574.
16. Дьяконов, В.П. MATLAB и Simulink в электроэнергетике: справочник / В.П. Дьяконов, А.А. Пеньков. – М. : Горячая линия – Телеком. - 2009. – 816 с.
17. SimPowerSystems™ User’s Guide (Second Generation). - 2013 // URL: http://www.mathworks.com/help/pdf_doc/physmod/powersys/powersys.pdf (дата обращения: 29.01.2014)
18. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2008611506. Модель системы электроснабжения города / В.В. Вахнина, В.Д. Селемир, В.И. Карелин, В.А. Шаповалов, В.В. Горохов. – Заявка № 2008610550; зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 25.03.2008.
19.Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013611832. Модель линии электропередач / В.В. Вахнина, А.Н. Черненко, М.С. Макеев, В.А. Кузнецов. – Заявка № 2012661752; зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 06.02.2013.
20.Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013611833. Модель ветви намагничивания силового трансформатора / В.В. Вахнина, А.Н. Черненко, М.С. Макеев, Д.А. Кретов. – Заявка № 2012661751; зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 06.02.2013.
21.Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013615269. Модель силового трансформатора с учетом нелинейности ветви намагничивания/ В.В. Вахнина, А.Н. Черненко, Д.А. Кретов, В.А. Кузнецов – Заявка № 2013613712; зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 30.04.2013.
22.Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012660528. Модель двигательной нагрузки системы электроснабжения / В.В. Вахнина, А.Н. Черненко, М.С. Макеев. – Заявка № 2012616731; зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 22.11.2012.
23.Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013611831. Модель высоковольтного выключателя / В.В. Вахнина, А.Н. Черненко, М.С. Макеев, В.А. Шаповалов. – Заявка № 2012661759; зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 06.02.2013.
24. Вахнина, В.В. Расчет геоиндуцированных токов в высоковольтных линиях электропередач систем электроснабжения при геомагнитных бурях / В.В. Вахнина, Д.А. Кретов, В.А. Кузнецов // Известия Самарского научного центра Российской Академии наук. – 2012. – Т.14. – № 6. – С. 244 – 246.
25. Вахнина, В.В. Снижение рисков развития аварий в системах электроснабжения при геомагнитных бурях / В.В. Вахнина, А.А. Кувшинов, В.А. Кузнецов // Гелиофизические исследования. – 2013. – Выпуск 5. – С. 115 – 123. – URL: http://vestnik.geospace.ru/index.php?id=191.pdf (дата обращения: 29.01.2014).
26. Chan, J.H. Nonlinear Transformer Model for Circuit Simulation / J.H. Chan, A. Vladimirescu, X.-C. Gao, P. Liebmann, J. Valainis // IEER Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems. – 1991. – Volume:10 , Issue: 4. – № 4. – p. 476 – 482.
27. Barnes, P.R. Mitigation of magnetohydrodynamic electromagnetic pulse (MHD-EMP) effects from commercial electric power systems. 1992 / P.R. Barnes, F.M. Tesche, E.F. Vance // URL: http://www.dtic.mil/dtic/tr/fulltext/u2/a249577.pdf (дата обращения: 29.01.2014).
28. Elovaara, J. Finnish experience with grid effect of gic's / J. Elovaara // Space Weather. Astrophysics and Space Science Library. - 2007. - Volume 344 – p. 311 – 326.
29. Pulkkinen, A. Large geomagnetically induced currents in the Finnish high-voltage power system / A. Pulkkinen, A. Viljanen, R. Pirjola // Finnish Meteorological Institute, Helsinki. - 2000. – p. 99.
30. McKay, A.J. Geoelectric Fields and Geomagnetically Induced Currents in the United Kington //University of Edinburgh. - 2003. – p. 260.
Опубликован
2014-03-30
Выпуск
Раздел
Технические науки

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)

1 2 > >>