Повышение устойчивости расчёта переходных процессов электроэнергетических систем в режиме реального времени на основе локального управления порядком интегрирования

Александр Александрович Волошин; Илья Сергеевич Ипполитов; Владимир Федорович Лачугин; Андрей Анатольевич Лебедев; Александр Константинович Рыжков

Повышение устойчивости расчёта переходных процессов электроэнергетических систем в режиме реального времени на основе локального управления порядком интегрирования

Александр Александрович Волошин, Илья Сергеевич Ипполитов, Владимир Федорович Лачугин, Андрей Анатольевич Лебедев, Александр Константинович Рыжков

Аннотация

В статье рассматривается задача повышения численной устойчивости расчёта переходных процессов электроэнергетических систем в расчётном модуле реального времени, функционирующем при фиксированном шаге интегрирования и детерминированном времени выполнения расчёта. Показано, что при коммутационных воздействиях применение стандартных схем интегрирования может приводить к возникновению паразитных высокочастотных составляющих, искажающих численное решение. Предлагается метод детерминированного управления порядком интегрирования, основанный на использовании схемы BDF2 в качестве базового режима и локальном временном понижении порядка интегрирования до BDF1 в области коммутационного влияния. Результаты численных экспериментов подтверждают, что предложенный метод обеспечивает подавление паразитных численных осцилляций при сохранении точности моделирования и соответствует архитектурным ограничениям расчётных модулей реального времени.

Ключевые слова

моделирование переходных процессов, электроэнергетические системы, реальное время, устойчивость численного расчёта, фиксированный шаг интегрирования, управление порядком интегрирования, область коммутационного влияния, численная устойчивость

Полный текст:

PDF

Литература

Dommel, H. W. Digital computer solution of electromagnetic transients in single- and multiphase networks / H. W. Dommel // IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems. – 1969. – Vol. PAS – 88. No. 4. – P. 388 – 399.

Mahseredjian, J. Simulation tools for electromagnetic transients in power systems: Overview and challenges / J. Mahseredjian, V. Dinavahi, J. A. Martinez // IEEE Transactions on Power Delivery. – 2009. – Vol. 24. – No. 3.– P. 1657 – 1669.

Marti, J. R. Suppression of numerical oscillations in the EMTP / J. R. Marti, J. Lin // IEEE Transactions on Power Systems. – 1989. – Vol. 4. – No. 2. – P. 739 – 747.

Shampine, L. F. The MATLAB ODE Suite / L. F. Shampine, M. W. Reichelt // SIAM Journal on Scientific Computing. – 1997. – Vol. 18. – No. 1. – P. 1 – 22. DOI: 10.1137/ S1064827594276424

Hindmarsh, A. C. SUNDIALS: Suite of nonlinear and differential / algebraic equation solvers / A. C. Hindmarsh, P. N. Brown, K. E. Grant, S. L. Lee, R. Serban, D. E. Shumaker, C. S. Woodward // ACM Transactions on Mathematical Software. – 2005. – Vol. 31. – No. 3. – P. 363 – 396. DOI: 10.1145/1089014.1089020.

Faruque, M. O. Real-time simulation technologies for power systems design, testing, and analysis / M. O. Faruque, Т. Strasser, G. Lauss, V. Jalili-Marandi, Р. Forsyth, С. Dufour, V. Dinavahi, А. Monti, Р. Kotsampopoulos, J. A. Martinez, К. Strunz, G. Joos, A. M. Gole, R. Iravani, M. Matar, А. Davoudi, A. P. S. Meliopoulos // IEEE Power and Energy Technology Systems Journal. – 2015. – Vol. 2. – No. 2. – P. 63 – 73.

Kuffel, R. RTDS — A fully digital power system simulator operating in real time / R. Kuffel, J. Giesbrecht, Т. Maguire, R. P. Wierckx, P. G. McLaren // Canadian Journal of 36 2026, № 9 Electrical and Computer Engineering. – 1995. – Vol. 20. – No. 1. – P. 22 – 28.

Волошин, А. А. Архитектура программно-аппаратного комплекса “Цифровой двойник энергосистемы” / А. А. Волошин, Е. А. Волошин, А. А. Лебедев, Н. С. Лебедева // Электрические станции. 2023. – № 10. – С. 37 – 41. DOI: 10.34831/EP. 2023.1107.10.007.

Волошин, А. А. Анализ эффективности выполнения расчётов переходных процессов при моделировании электроэнергетических систем в комплексах реального времени / А. А. Волошин А. А., И. С. Ипполитов, А. А. Лебедев, В. Ф. Лачугин, А. К. Рыжков // Электрические станции. – 2026. – № 4. – С. 13 – 19. DOI: 10.71841/ ES.elst.2026.1137.04.02.

Hairer, E. Solving Ordinary Differential Equations II: Stiff and Differential-Algebraic Problems / Е. Hairer, G.Wanner // Berlin: Springer. – 1996.

MathWorks. Simscape Electrical User’s Guide. The MathWorks, Inc., 2023.

RTDS Technologies. RTDS Simulator Manual. RTDS Technologies Inc., 2022.