Aplikace pro modelování elektrických sítí

Jan Vysocký

Master's thesis

Application for electrical grid modelling

Abstract:

Náplní této diplomové práce je vytvoření programu pro simulaci chodu elektrické sítě. Simulace jsou prováděny na modelu distribuční sítě pracující na napěťové hladině 110 kV. Uživatel vytvořeného programu může v rámci jediné simulace chodu této sítě vyvolat různé události a sledovat jejich dopad na jednotlivé veličiny popisující různé částí sítě. Těmito událostmi můžou být změny konfigurace sítě (pomocí zapínaní a vypínání jednotlivých vedení) nebo změny velikosti odebíraného nebo dodávaného výkonu v jednotlivých uzlech sítě. Tento program představuje pracovní pomůcku, která uživateli názorně a přehledně zobrazí výsledky simulace, jejíž podobu může uživatel ovlivnit velkou škálou nastavitelných parametrů. Jednotlivé simulace programu se skládají ze sekvence stavů. Program vytváří popis těchto stavů pomocí výpočtu matematického modelu zachycujícího svým nastavením daný časový okamžik simulace. Program nabízí dva módy simulace. V prvním módu pracuje zkoumaná distribuční síť ve spojení s nadřazenou přenosovou sítí, která zajišťuje vyrovnanou výkonovou bilanci v distribuční síti. V druhém módu pracuje distribuční síť izolovaně od přenosové sítě a vyrovnané výkonové bilance je dosahováno pomocí regulace výkonů místních zdrojů a odběratelů. Diplomová práce má část teoretickou a praktickou. V teoretické části jsou obecně popsány metody a principy použité při tvorbě programu. Tato část práce se tak věnuje obecnému fyzikálnímu a matematickému popisu elektrických sítí, popisu rozdílu mezi úlohami lineárními a nelineárními, obecnému popisu numerických metod využívaných při řešení nelineárních úloh a také aplikaci těchto numerických metod na úlohy analyzující ustálený chod elektrické sítě. Druhá, praktická část práce se věnuje popisu samotného programu pro simulaci chodu elektrických sítí. V této části je tak popsáno funkční jádro programu, které počítá jednotlivé stavy sekvence simulace, a grafické prostředí, skrze které uživatel program ovládá.

Abstract:

The aim of this diploma thesis is to create a program for the simulation of the electric power system operation. The simulations are performed on the model of distribution network which operates at the 110 kV voltage level. The user of the program can make various events in a single simulation of the power system operation and watch their impact on the values of the system variables. These events include changes of the network configuration (by switching on or off the individual lines) or changes of the amount of power which is taken or delivered at the nodes of the network. The created program is a tool that clearly displays the results of the simulation, the form of which can be influenced by a wide range of adjustable parameters. The program simulations consist of a sequence of states. The program creates descriptions of individual states by calculating a mathematical model set according to the setting for the appropriate time step of simulation. The program works in two simulation modes. In the first mode, the distribution network operates in connection with the superior transmission system which provides a balanced power balance in the distribution system. In the second mode, the distribution network is not connected to the transmission system by any line and the balanced power balance is achieved by regulation of the local power sources and the local power customers. The diploma thesis has a theoretical and practical part. The theoretical part describes in general the methods and principles used during the creation of the program. This part of the text deals with the general physical and mathematical description of the electric power systems, the general description of the difference between linear and nonlinear tasks, the general description of numerical methods used for solving nonlinear systems and the application of these numerical methods in solving the tasks analyzing steady operation of the electric power system. The second, practical part of the thesis describes the program for the simulation of electric power system. This section describes the functional kernel of the program that calculates the individual states of the simulation sequence and the graphical environment through which the user controls the program.

Keywords

elektrická síť, distribuční soustava, výroba a spotřeba elektrické energie, řízení elektrizační soustavy, vizualizace dat, fyzikální model elektrické sítě, matematický popis elektrické sítě, lineární úloha, nelineární úloha, numerická metoda, Gauss-Seidelova metoda, Newtonova metoda

Keywords

electric power system, distribution system, electrical energy generation and consumption, control of electric power system, data visualization, physical model of electric power system, mathematical description of electric power system, linear task, nonlinear task, numerical method, Gauss-Seidel method, Newton method

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 28. 4. 2017

Thesis defence

• Date of defence: 31. 5. 2017
• Supervisor: Lukáš Prokop
• Reader: Stanislav Mišák

VŠB - Technical University of Ostrava

Fakulta elektrotechniky a informatiky

Master programme / field:
Elektrotechnika / Elektroenergetika