Особенности моделирования электроэнергетических систем при протекании геоиндуцированных токов

По статистическим данным, наибольшая доля устойчивых отключений воздушных линий происходит вследствие природных явлений. К таким явлениям также относятся геомагнитные бури (ГМБ).

В период ГМБ вариации геомагнитного поля индуцируют на поверхности Земли медленно меняющееся электрическое поле. Между заземленными точками нейтралей силовых трансформаторов подстанций возникает ЭДС. Исследования показывают, что уязвимость электроэнергетических систем (ЭЭС) при ГМБ в последние годы заметно увеличилась из-за больших географических площадей энергосистем, а также из-за их взаимосвязанности и насыщенности электронным оборудованием [1]. В ЭЭС России линии, соединяющие системообразующие подстанции, имеют большую протяженность. На протяженных линиях электропередач (ЛЭП) длиной 400–500 км ЭДС может достигать нескольких киловольт, и по электрическим сетям циркулирует квазипостоянный ток, который принято называть геоиндуцированным током (ГИТ) [2].

При протекании ГИТ возможны следующие эффекты:

1) намагничивание магнитопроводов силовых трансформаторов;

2) увеличение потребления реактивной мощности силовыми трансформаторами (приводит к уменьшению пропускной способности ЛЭП);

3) ложное действие устройств релейной защиты и автоматики.

Расчеты реализованы в математической системе MATLAB в пакетах Simulink и SimPowerSystems. При создании модели ЭЭС используются как стандартные блоки Simulink и SimPowerSystems, так и блоки, разработанные авторами [3, 4].

Разработанный алгоритм расчета ЭЭС при геомагнитных бурях, приведенный на рис. 1, позволяет выполнять моделирование ЭЭС любой конфигурации и сложности, содержащей как линейные, так и нелинейные элементы.

Важным этапом при разработке модели является определение пространственного расположения объектов ЭЭС на местности, что позволяет определить матрицу потенциалов геоэлектрического поля в узловых точках U_ij для расчета геоиндуцированных токов в нейтралях и обмотках силовых трансформаторов и линиях электропередач [2]. На рис. 2 представлена схема для определения матрицы потенциалов геоэлектрического поля в узловых точках. Схема состоит из источника питания Е, силовых трансформаторов Т_i и Т_j, воздушной линии электропередач ВЛ_j, нагрузки Н. Источник геоэлектрического поля с напряженностью E_ij находится между заземлителями подстанций с силовыми трансформаторами Т_i и Т_j с географическими координатами на местности N_i и N_j.