Влияние выходной мощности генераторов на частотные характеристики энергосети в кольцевой топологии

Большой интерес в области динамических систем и нелинейных процессов вызван исследованиями в сфере энергосетей. Энергосеть представляет собой сложную сеть связанных осцилляторов, демонстрирующую коллективное поведение посредством синхронизации элементов сети на базовой частоте работы энергосети. Цель работы состоит в изучении динамической стабильности синхронного состояния энергосети. Исследовано поведение сети с однородными характеристиками и кольцеобразной топологией. Рассмотрена идеализированная энергосеть, состоящая из десяти генераторов и десяти потребителей. Рассмотрено влияние выходной мощности генератора и коэффициента инерции на синхронизацию сети. Метод. Исследуется модель эффективной сети (Nishikawa T., Motter A.E. Comparative analysis of existing models for powergrid synchronization), которая исключает из рассмотрения изменения мощности потребителей, принимая условие, что мощность всех потребителей постоянна. Данная модель позволяет рассмотреть генераторы энергосистемы в качестве связанных осцилляторов, безразмерные параметры которых определяются большим набором реальных физических параметров. Результаты. Результаты показали, что собственная частота осциллятора зависит от величины выходной мощности генератора и не всегда совпадает с частотой синхронизации осцилляторов. При увеличении мощности генератора собственная частота намного превышает частоту синхронизации. При критическом значении выходной мощности происходит потеря устойчивости колебаний осциллятора, частота генератора становится равна его собственной частоте. Величина инерции играет существенную роль в устойчивости генераторов, в работе показано что малых значениях коэффициента инерции генераторы могут производить энергию в больших диапазонах выходной мощности без потери синхронного состояния и независимо от набора начальных условий. Обсуждение. Из полученных результатов стало известно, что стабильное функционирование генераторов при увеличении выходной мощности возможно при малых величинах коэффициента инерции. На больших величинах коэффициента инерции происходит срыв синхронизма одного или нескольких генераторов, приводя вышедший генератор к работе на собственной частоте, величина которой значимо превышает частоту стандарта сети 50 Гц. Вышедший таким образом генератор производит модуляцию по частоте оставшихся генераторов. Возмущение частоты зависит от расположения того или иного генератора относительно неустойчивого генератора.