Težave s stabilnostjo so inherentne za elektroenergetske sisteme zaradi njihove nelinearne in dinamične narave. K tej dinamiki prispeva neizogibni in stalni razvoj elektroenergetskih sistemov, da bi zadovoljili vse večje potrebe po električni energiji. Poleg tega k temu zagotovo prispeva tudi hiter prehod na obnovljive vire energije, modernizacija elektroenergetskih sistemov in vključevanje naprednih tehnologij. S tem pa hitro preraščamo sedanji elektroenergetski sistem in njegove zmogljivosti. Končni rezultat je elektroenergetski sistem, ki je izkoriščen do skrajnih meja in s tem zelo dovzeten za težave s stabilnostjo. Izzivi stabilnosti pri majhnih motnjah, ki so predmet te disertacije, so opazni, kadar generator ali skupina njih niha relativno drug na drugega. Nenadzorjevanje teh nihanj, brez ustreznih protiukrepov, vodi do njihovega povečanja in posledično poslabšanje stabilnosti sistema, kar lahko privede do razpada celotnega sistema. Modalna analiza se je izkazala kot odličen pristop za preučevanje slabo dušenih nihanj, ki se pojavljajo zaradi majhnih motenj. Poleg tega, modalna analiza zagotavlja pomembne informacije o dinamiki v okviru celotnega sistema. Po drugi strani pa, metode ocenjevanja stanja nihanj v realnem času, ki potrebujejo meritve fazorjev, omogočajo oceno nihanja iz dejanskih meritev sistema, vendar z obilico informacij manj kot jih pridobimo z modalno analizo. Obseg te disertacije ponuja metodo, ki uporablja analizo glavnih komponent in lahko poveže analizo v realnem času z simulacijo, kar posledično doda koristne informacije k metodi ocenjevanja stanja nihanj v realnem času.
Modalna analiza (analiza v frekvenčni domeni) se že vrsto let uporablja kot orodje za ocenjevanje stabilnosti elektroenergetskih sistemov pri majhnih motnjah. Metoda je povsem matematična in je sestavljena iz linearizacije diferencialnih enačb, ki definirajo elektroenergetski sistem, in reševanja njegovih lastnih vrednosti in lastnih vektorjev (levega, imenovanega vodljivost načina, in desnega, imenovanega spoznavnost načina), ki zagotavljajo obilico informacij o dinamiki sistema. Ena težava pri modalni analizi je povezana z obnašanjem elektroenergetskih sistemov v realnem času. Ker se razmere nenehno spreminjajo, ne moremo domnevati, da matematični model tega sistema ostaja enak. Tako izvedena modalna analiza ne more zajeti dinamike razvijajočega se sistema.
Pojav fazorskih merilnih enot je privedel do možnosti ocenjevanja načina v realnem času. Prvič, z obravnavanimi metodami je bilo mogoče oceniti frekvenco in dušenje nihanja, kar je bil velik korak naprej pri ocenjevanju stabilnosti v realnem času. V zadnjem času se poleg realno-časovne ocene frekvence in dušenja načina, veliko zanimanja posveča oceni spoznavnosti načina. Natančna ocena spoznavnosti načina lahko pomaga pri ublažitvi nihanja elektroenergetskega sistema z zagotavljanjem informacij za izvajanje ustreznih nadzornih ukrepov. Poznavanje spoznavnosti načina skupaj s frekvenco in dušenjem nihanj je dobra osnova za oceno stabilnosti za majhne motnje.
Ključni koraki predlagane metode v tej disertaciji so naslednji. Analiza glavnih komponent se opravi na veliki bazi podatkov stanja, pridobljenih z modalno analizo za različne scenarije elektroenergetskega sistema. Sledi ocena stanja dejanskega nihanja elektroenergetskega sistema z uporabo spektralne analize. Natančneje, velikost spoznavnosti načina in faza spoznavnosti načina se določita z uporabo spektralne gostote moči in vmesne spektralne gostote moči meritev. Dobljena spoznavnost načina se primerja s podatkovno bazo iz prvega koraka s pomočjo izračunanih glavnih komponent. Cilj je prepoznati enega ali več načinov iz podatkovne baze, ki so podobni dejanskemu sistemu. Metoda je bila preizkušena na 39 vozliščnem preizkusnem sistemu. Podatkovna baza je bila pridobljena iz petih različnih scenarijev sistema. V vsakem scenariju je bila prisotna majhna motnja, da se zagotovi dejanska nihanja.
Magistrsko delo pa je organizirano na naslednji način. Najprej predstavimo teoretično ozadje stabilnosti elektroenergetskega sistema. Poudarek je na kotni stabilnosti, in sicer na stabilnosti za majhne motnje in modalni analizi. Začnemo s splošnim fizikalnim ozadjem stabilnosti elektroenergetskega sistema, nato pa se obrnemo na nihajno enačbo, iz katere izpeljemo, kako pride do oscilacij rotorja. Poglavje zaključujemo s tem kako poteka modalna analiza in kako pomaga pri oceni stabilnosti elektroenergetskega sistema. Drugič, predlagamo našo metodo za oceno stabilnosti za majhne motnje in jo razdelimo na dva dela. Prvi prikazuje metodo ocenjevanja spoznavnosti načina, ki temelji na spektralni gostoti moči in vmesne spektralne gostote moči ambientalnih meritev. Zagotavljamo tudi teoretično ozadje spektralne analize in kako nam pomaga, da lahko pridemo do spoznavnosti načina iz ambientalnih meritev. Drugi del je namenjen analizi glavnih komponent. Posredujemo teorijo za analizo glavnih komponent in kako se uporablja kot tehnika zmanjševanja dimenzij. Predstavljamo grafični uporabniški vmesnik narejen v programskem okolju Matlab, ki prikazuje kako se PCA uporablja pri prepoznavanju podobnih načinov iz baze podatkov. Nazadnje izvajamo simulacije na testnem 39 vozliščnem sistemu, iz katerega pridobimo meritve in nadaljujemo s testiranjem veljavnosti metode.
Rezultati kažejo, da je predlagana metoda učinkovito orodje za iskanje podobnih nihanj. Ob prisotnosti le enega prevladujočega načina metoda prepozna, da nihanje izvira iz scenarija v podatkovni bazi, kjer se izvaja dejanska analiza. Pri analizi nihanja, kjer sta prisotna dva ali več prevladujočih načinov se zdi, da je metoda pri isti nalogi pomanjkljiva. Kljub temu ji uspe zagotoviti niz podobnih načinov, na podlagi katerih lahko oblikujemo svoje utemeljene domneve in utemeljimo nadaljnjo analizo.
|
