Расчет статической устойчивости с применением теории планирования эксперимента сложной системы электроснабжения газового месторождения

Abstract

Актуальность исследования обусловлена необходимостью оценки статической устойчивости системы электроснабжения с источниками распределенной генерации при проектировании газовых месторождений. На ранних стадиях проектирования, когда необходимо определить концепцию системы электроснабжения, выполняется разработка и анализ различных вариантов схем электроснабжения. Большой объем и сложность вычислений статической устойчивости сложных систем требуют значительного количества трудозатрат и времени на расчет каждого варианта концептуальной схемы. Цель: разработка математической модели сложной системы электроснабжения газового месторождения для расчета статической устойчивости с применением теории планирования эксперимента и повышения эффективности разработки электротехнической части проектной документации. Объект: магистральная схема электроснабжения «одна сквозная магистраль». Методы: математическое моделирование, статистический анализ, теория планирования эксперимента, имитационное моделирование с использованием программного пакета Matlab. Результаты и выводы. В результате проведенного анализа существующих методов расчета статической устойчивости сложных систем определены технические параметры оптимизации. Установлены наиболее значимые влияющие факторы и диапазоны их варьирования. Представлены полученные уравнения регрессии для определения предельной передаваемой мощности и коэффициента запаса статической устойчивости. Выполнен расчет статической устойчивости для газового месторождения с магистральной схемой «одна сквозная магистраль» с двумя источниками распределенной генерации согласно существующим методикам расчета. В соответствии с классической теорией устойчивости синхронных машин, которая лежит в основе традиционной методики расчета статической устойчивости, в программном пакете Matlab построена имитационная модель и определена статическая устойчивость системы. Выполнен расчет статической устойчивости с применением полученных уравнений регрессии. Выполнено сравнение полученных по трем методикам результатов. Погрешность расчетов коэффициента запаса статической устойчивости с применением уравнения регрессии относительно классической методики расчета не превысила 10 %. Также было проведено сравнение временных затрат на выполнение расчетов по каждой из трех методик. Расчет с применением уравнений регрессии показал значительное преимущество по времени. Таким образом, результаты исследования свидетельствуют о возможности применения математической модели, полученной с использованием теории планирования эксперимента, на этапе концептуального проектирования газовых месторождений для повышения эффективности разработки электротехнической части проектной документации

Relevance. The need to assess static stability in power supply systems with distributed generation during gas field design. Designers develop and analyze various power supply scheme options at early stages to define the system concept. Complex systems demand extensive computations for static stability, requiring significant labor and time per conceptual scheme variant. Aim. Development of a mathematical model for the complex power supply system of a gas field occurs. The model calculates static stability using the theory of experiment design. It boosts efficiency in developing the electrical engineering section of design documentation. Object. Main power supply scheme "one through main line". Methods. Mathematical modeling, statistical analysis, theory of experiment design, and simulation modeling with the Matlab software package. Results and conclusions. The authors carried out the analysis of existing static stability calculation methods for identifing optimization parameters. They determined the most significant affecting factors and their variation ranges follows. The paper introduces the regression equations for maximum transmissible power and static stability margin coefficient. The authors calculated static stability for a gas field with a "one through main line" scheme and two distributed generation sources using standard methods. According to the classical synchronous machine stability theory, which is the base for the traditional method, the authors constructed a simulation model in Matlab and determined system static stability. Calculation applies the regression equation for static stability. Performance of static stability calculations uses the derived regression equations. The paper introduces comparison of results from all three methods. The error in stability margin coefficient from the regression equation versus the classical method stays below 10%. Comparison of computation times across the three methods also occurs. Regression equation calculations show major time advantages. Thus, research results confirm the model applicability derived via design of experiments theory at the conceptual design stage for gas fields. This enhances efficiency in electrical engineering design documentation development