Томские математики научились моделировать аварии в реальном времени
Коллектив научно-исследовательской лаборатории "Моделирование электроэнергетических систем" Томского политехнического университета разработал Всережимный моделирующий комплекс реального времени, позволяющий не допускать крупных аварий в ходе работы энергосистем. Российская разработка не имеет мировых аналогов и уже прошла успешную апробацию в реальных энергосистемах. Научная статья, посвященная этой разработке, вышла в научном журнале IEEE Transactions on Smart Grid.
Согласно обобщенной статистике из факторов, вызывающих крупные системные аварии в энергосистемах различных мегаполисов, государств, лишь 10% приходятся на стихийные бедствия (цунами, землетрясения, ураганы и так далее). Еще 40% аварий возникают по причине неисправного оборудования - в результате его неправильной эксплуатации или заводского брака комплектующих. Оставшиеся 50% - это ошибки диспетчерского персонала (25%) и неправильные действия релейной защиты и автоматики (25%). То есть, в половине случаев крупные аварии возникают в результате процессов, никак не связанных с внешними факторами.
Энергосистема - это совокупность электростанций, электрических и тепловых сетей, соединенных между собой и связанных общностью режима (работающих параллельно) в непрерывном процессе производства, преобразования и распределения электрической энергии и тепла при общем управлении этим режимом.
Энергетическую систему можно сравнить с живым организмом, внутри которого постоянно и непрерывно происходят какие-то новые процессы. Чтобы энергосистема работала качественно и без сбоев, ею необходимо управлять. Делают это сейчас с помощью моделирующих комплексов, представляющих собой виртуальные копии реальных станций или энергосистем. Если то или иное действие на них отрабатывается удачно, его применяют в реальных условиях.
"Для создания виртуальных копий реальных энергосистем сейчас используют комплексы математического моделирования, - объясняет профессор ТПУ Александр Гусев. - На них при помощи дифференциальных уравнений воспроизводятся все процессы внутри энергосистемы. Между тем, из области дифференциальных уравнений можно решить только те, которые сводятся к табличным интегралам, которых в высшей математике всего полторы странички. То есть, в реальности мы имеем дифференциальные уравнения, которые точно не решаются. Вычислительные процессы в таких моделирующих комплексах построены на грубых упрощениях. Следовательно, данные о работе энергосистемы такие комплексы выдают неточные и с опозданием, так как на вычислительные процессы требуется еще и некоторое время. Между тем, в энергосистеме будут проходить уже совершенно другие процессы, и полученные данные станут не актуальны".
Чтобы решить эту проблему ученые ТПУ разработали Всережимный моделирующий комплекс реального времени электроэнергетических систем. Суть разработки заключается в объединении для достижения высокой адекватности результатов нескольких подходов к моделированию: аналогового, цифрового и физического.
"Внутри нашего комплекса установлен специализированный гибридный цифроаналоговый процессор. Во избежание неточностей с математическим моделированием мы использовали непрерывное неявное аналоговое решение, которое решает уравнения методически точно и оперативно. Все элементы системы параллельно взаимодействуют между собой в режиме реального времени. В отличие от аналогов, у нашего комплекса нет ограничений на размерность - он может повторить даже самую крупную энергосистему. Сколько в реальной энергосистеме генераторов и трансформаторов, столько в нашем комплексе будет содержаться гибридных процессоров", - поясняет Александр Гусев.
За последние пять лет научный коллектив кафедры опубликовал по данной технологии более 200 научных статей в рецензируемых международных и российских журналах.
