Кавалеров Б. В., Завьялов А. А., г. Пермь

УДК 519.876.5

ПРИНЦИПЫ ФОРМИРОВАНИЯ БАЗЫ ДАННЫХ
ДЛЯ ПРОГРАММНЫХ МОДЕЛИРУЮЩИХ КОМПЛЕКСОВ В ЭНЕРГЕТИКЕ

При создании программных моделирующих комплексов, решающих различные задачи в области электроэнергетики, возникает проблема обработки значительных объемов информации. Правильное и обоснованное представление информационных массивов особенно важно при реализации модельных экспериментов на компьютерных моделях сложных электроэнергетических систем.  Рассмотрены основные принципы формирования базы данных для программного компьютерного комплекса, реализующего математическое моделирование энергосистемы сложной конфигурации.

Математическая модель электроэнергетической системы включает в себя математические модели отдельных элементов и математическую модель взаимодействия структурных элементов. Как правило, подобные системы состоят из большого числа взаимодействующих элементов и могут иметь сложную конфигурацию, в том числе распадаться на отдельные независимые подсистемы [1]. Каждый элемент, в свою очередь, также описывается достаточно сложными системами уравнений. Одновременно, при исследовании сложных динамических процессов, возникает проблема работы с большим количеством разнородной информации, включая этапы подготовки, систематизации и обработки результатов эксперимента. По своей сути программный комплекс является инструментом для выполнения экспериментов на компьютерной модели. В том случае, если информация, полученная в результате эксперимента, не подготовлена для последующей обработки и не систематизирована должным образом, польза от этой информации – невелика, подобная информация будет даже вредна [2]. Все вышеозначенное заставляет уделить самое пристальное внимание формированию базы данных для программных комплексов указанного профиля.

При формировании базы данных необходимо четко определить информационные потоки программного комплекса. В результате предпринятого анализа было принято решение о том, что информационные потоки целесообразно разделить на 5 групп:

1)     входные параметры (паспортные данные, информация из справочников по отдельным элементам системы);

2)     внутренние параметры (расчетные значения параметров математических моделей элемента);

3)     начальные значения;

4)     выходные переменные (таблицы экспериментальных значений);

5)     служебная информация об эксперименте.

Информационные потоки первых четырех групп структурируются по отдельным элементам (синхронные генераторы, асинхронные двигатели, трансформаторы и др.).

Информационные потоки 5-й группы содержат информацию о состоянии эксперимента и, следовательно, носят общесистемный характер, относясь к системам элементов: 

• справочная информация,
• таблицы переключений ключей,
• состояние имитационных элементов,
• данные о контрольных точках эксперимента,
• данные о состоянии эксперимента,
• величина шага интегрирования,
• способ решения дифференциальных уравнений,
• сохранение параметров рабочего окружения.

В качестве примера ниже рассматриваются информационные массивы для одного из элементов электроэнергетических систем – синхронного генератора.

Для синхронного генератора к первому информационному массиву следует отнести: S – полная мощность, Р – активная мощность, – номинальное напряжение, I – номинальный ток, – угловая скорость ротора, – напряжение возбуждения, I_f – ток возбуждения, I_f0 – ток возбуждения холостого хода, – коэффициент мощности, p – число пар полюсов, – коэффициент полезного действия, J – момент инерции ротора, f₀ – синхронная частота, – продольная сверхпереходная реактивность для положительного следования фаз, – продольная переходная реактивность для положительного следования фаз, – продольная синхронная реактивность, – поперечная синхронная реактивность, – реактивность отрицательной последовательности, – реактивность нулевой последовательности,  – постоянная времени обмотки возбуждения при разомкнутой обмотке статора, – постоянная времени обмотки возбуждения при трехфазном коротком замыкании обмотки статора, – постоянная времени обмотки возбуждения при двухфазном коротком замыкании обмотки статора, – постоянная времени обмотки возбуждения при однофазном коротком замыкании обмотки статора, – постоянная времени периодической составляющей сверхпереход-ного тока.

Ко второму информационному массиву следует отнести, параметры математической модели синхронного генератора, получаемые расчетным путем. Расчет параметров синхронной машины по каталожным данным выполняется с использованием следующих формул [3]:

x_ad = x_d - x_s ;

x_aq = x_q - x_s ;

x_f = x_ad² /(x_d - x_d’) ;

x_f’ = x_f - (x_ad²/x_d) ;

r_f = x_f’/(T_d’ w₀) ;

x_D = x_ad²(x_f - 2x_ad+x_d - x_d’’)/[x_f(x_d - x_d’’) - x_ad²] ;

x_D’ = x_D - (x_ad²/x_d) ;

x_D’’ = x_D’ x_d’’/x_d ;

T_D’’ » T_d’’ ;

r_D = x_D’’/( T_D’’w₀) ;

r_Q » 1.5 r_D ; 

x_Q = x_aq²/ (x_q - x_q ‘’) ;

p_П = 60* f₀ / n – число пар полюсов;

J = 0.25 GD² = 1000 P_H T_j P_П / w₀  – момент инерции (кг м²);

P₀ = (0.01 — 0.05) P_H  – потери мощности на вентиляцию (кВт).

При формировании базы данных необходим также механизм проверки целостности данных вносимых в БД на уровне самой СУБД:

• проверка на уникальность добавляемых элементов в систему путем введения ограничений на целостность в таблицы;
• использование механизма транзакций на этапе сохранения результатов после определенного количества итераций, что позволит сохранить целостность БД в случае некорректной модификации данных или аппаратного сбоя;
• разграничение прав доступа на уровне БД.

Разработка БД  с использование CASE-систем, таких как Platinum ERWin, PowerBuilder, позволит:

• наглядно представить структуру БД;
• заложить необходимые связи и ограничения между таблицами;
• автоматически сгенерировать SQL код под предполагаемую СУБД.

Литература

1. Винокур В.М., Кавалеров Б.В., Пустосмехова Т.А. Программная реализация алгоритмов взаимодействия структурных элементов в миниэнергосистеме // Информационные управляющие системы: Сборник научных трудов / Перм. гос.техн. ун-т. – Пермь, 2003. – С. 224 – 228.
2. Веников В. А. Теория подобия и моделирование. М.: Высш. шк., 1984. – 439 с.
3. Жуков В. В. Короткие замыкания в узлах комплексной нагрузки электрических сетей. – М: Изд-во МЭИ, 1994. – 224 с.