Анализ эффективности выполнения расчётов переходных процессов при моделировании электроэнергетических систем в комплексах реального времени

Аннотация

Рассматриваются особенности численного моделирования переходных режимов электроэнергетических систем в условиях реального времени при фиксированном шаге интегрирования и детерминированном выполнении расчёта. Анализ проводится в рамках EMTP-подхода с учётом жёсткости математических моделей, скачкообразных изменений их структуры при коммутационных воздействиях и архитектурных ограничений вычислительных комплексов реального времени. Показано, что в таких условиях в численном решении могут формироваться латентные высокочастотные компоненты, не связанные с физическими процессами и соответствующие граничному состоянию устойчивости численного метода. В нормальных режимах эти компоненты остаются ограниченными по амплитуде и не выявляются при стандартном анализе результатов, однако при развитии коммутационных и послеаварийных режимов они могут резко усиливаться, приводя к утрате устойчивости и физической интерпретируемости численного решения. На основе экспериментальной модели, реализованной в комплексе реального времени RTDS, проанализирована связь между жёсткостью модели, свойствами устойчивости численных методов и ограничениями вычислительной архитектуры. Показано, что формальная A-устойчивость численного метода в условиях реального времени оказывается недостаточной, а ключевое значение приобретает способность схемы эффективно подавлять жёсткие моды решения. Полученные результаты подчёркивают системный характер противоречия между требованиями численной устойчивости, детерминированности вычислений и масштабируемости моделей в комплексах реального времени и указывают на необходимость совместного учёта свойств численных методов и архитектуры вычислительного комплекса при моделировании переходных режимов электроэнергетических систем.