PSS®SINCAL – продвинутый инструмент для моделирования и анализа электрических сетей

Расчет баланса мощности, токов и напряжения в сети позволяют решать различные задачи при планировании, проектировании и оперативном управлении электрическими сетями:

• Планирование новых участков сетей, а также анализ и оптимизация существующих сетей
• Определение напряжений во всех узлах для симметричных и несимметричной сетей
• Определение соответствия нормативным требованиям по допустимому минимальному и максимальному напряжению
• Определение загрузки оборудования
• Проверка и планирование переключений в сети
• Оптимизация настроек регулируемого оборудования (например, положение РПН/ПБВ трансформаторов)
• Комплексный анализ сетей передачи и распределения
• Анализ технических потерь

Модуль Расчета установившегося режима (PF) в PSS®SINCAL предлагает пользователю быстрые и эффективные методы расчета установившегося режима в электрических сетях с учетом высокой точности моделирования для регулируемых и нерегулируемых элементов сети.

• Эффективные методы (например, Ньютон-Рафсон, итерация тока) для расчета распределения токов, напряжений и мощности в симметричных и несимметричных трехфазных системах (а также в 4-проводных системах)
• Моделирование управляемых элементов с помощью регуляторов, таких как трансформаторы, конденсаторы и реакторы, или управление отдельными элементами сети в зависимости от различных переменных (например, напряжения, тока, мощности) во всей модели сети
• Поддержка моделирования сложных нагрузок, моделей, задаваемых пользователем, фазовых сдвигов и несимметричных трансформаторов, а также моделирования температурных зависимостей
• Визуализация слабых мест в сети на основании результатов по напряжению и коэффициенту загрузки

Расчет коротких замыканий в сетях при проектировании и в процессе эксплуатации производится в соответствии со стандартными методиками для оценки воздействия на оборудование.

• Выбор необходимого оборудования в соответствии с ожидаемыми термическими и динамическими нагрузками в случае короткого замыкания
• Определение установок защиты на основании результатов расчета
• Оценка дуги на основании результатов расчета
• Расчет короткого замыкания с учетом начальной загрузки

Модуль расчета коротких замыканий (SC) в PSS®SINCAL позволяет рассчитывать токи короткого замыкания в соответствии с международными методиками и стандартами. Результаты расчета в дальнейшем могут быть использованы расширенными расчетными модулями.

• Моделирование элементов сети для расчета коротких замыканий в соответствии с перечисленными международными методиками и стандартами
• Расчет коротких замыканий для несимметричных сетей с моделированием отдельных фаз (вместо симметричных составляющих) и полного сопротивления места повреждения
• Расчет токов для 3-, 2- и 1-фазных замыканий с возможностью учета заземления
• Методики расчета: МЭК 60909/VDE 0102 (2016, 2001, 1990), МЭК 61363 (1998), IEEE C37 (2016, 1990), G74, ГОСТ Р 52735 (2007), 28249 (1993)
• Расчет токов короткого замыкания с  учетом начальной нагрузки по результатам расчета установившегося режима
• Определение максимального времени отключения до термического разрушения линий и трансформаторов
• Цветовая визуализация превышения допустимых токов короткого замыкания на графической схеме

При проектировании и эксплуатации электрических сетей важно учитывать частотную зависимость оборудования, а также гармонические искажения, которые генерируются отдельными устройствами:

• Определение и анализ частотной зависимости сети и резонансных частот для текущей конфигурации сети
• Автоматическое выполнение анализа для различных конфигураций сети (переключение, обслуживание) с учетом возможных положений регулируемых элементов (например, конденсаторов)
• Анализ соответствия нормативным требованиям по уровню допустимых минимальных и максимальных гармоник и искажений напряжения в сети
• Анализ и предотвращение гармоник, вызывающих мерцание освещения
• Защита оборудования (например, конденсаторов) от повреждения напряжениями и токами высоких частот
• Выбор векторной группы трансформаторов для целенаправленного подавления отдельных гармоник (например, 5-я и 7-я для YY0 и YY1)
• Расчет и оптимальное расположение фильтров

Модуль Гармоники (OB) в PSS®SINCAL позволяет пользователям рассчитывать частотные характеристики в статических конфигурациях сети, а также осуществлять подбор необходимых параметров фильтров.

• Расширение сети моделями с частотной зависимостью
• Моделирование активных и пассивных резонансных сетей
• Обширные возможности моделирования источников гармонических искажений
• Возможость оценки результатов для напряжений и токов относительно предельных значений из стандартов IEEE 519 (TIF и IT), THFF и EDC, NY x UNY и NY x INY, МЭК 61000-2-4, а также оценка результатов относительно предельных значений, установленных пользователем
• Графическое отображение уровней гармоник на диаграммах
• Возможность обнаружения резонансных точек и расчета параметров фильтров

Планирование и оперативное управление сложными электрическими сетями требует анализа системы во времени, чтобы в оценку состояния сети включались не только установившиеся значения, но и различные переходные процессы. Если динамические процессы сетей передачи переходят на уровень сетей распределения, то возрастает и сложность задач, предъявляемых к операторам таких систем.

• Анализ во времени в соответствии с классической концепцией устойчивости IEEE в отношении напряжения, частоты и угла ротора
• Взаимодействия в электроэнергетической системе с учетом различных преобразователей
• Анализ переходных процессов в передающей и распределительной сети при симметричных и несимметричных событиях (например, короткое замыкание, процессы пуска, неисправность оборудования)
• Анализ влияния различных типов генерирующих установок с их устройствами управления и связи
• Проверка релейной защиты в случае взаимозависимых последовательностей повреждений во временной области

Программный комплекс PSS®SINCAL с движком расчета динамики PSS®NETOMAC предлагает пользователю в модуле (ST) возможность производить базовые расчеты непосредственно в графическом интерфейсе PSS®SINCAL, а также в экспертном режиме (ExpMode) использовать интерфейс PSS®NETOMAC для продвинутых вычислений. В дополнение к точным динамическим моделям движок динамики предлагает высокую степень гибкости в моделировании и возможность использовать его в качестве вычислительного модуля в других программах, например, в линейке продуктов SIGUARD®.

• Моделирование во времени на основе фазовых векторов (RMS) для симметричных и несимметричных сетей с симметричными и несимметричными условиями повреждений, нагрузками и генерации
• Использование проверенных динамических моделей и методов моделирования движка расчета динамики PSS®NETOMAC
• Учет поведения устройств защиты во время моделирования переходных процессов

Определение параметров оборудования в электроэнергетических системах требует определения его термических и динамических напряжений, которые могут возникнуть в результате коммутаций или повреждений в сети. В зависимости от элементов необходимо проанализировать потенциальные физические явления, возникающие в различных диапазонах частот, и принять соответствующие контрмеры в случае нарушения допустимых пределов.

• Анализ координации изоляции в отношении кратковременных перенапряжений (TOV) или перенапряжений, вызванных переключением (SOV) или ударами молнии (LOV)
• Оценка сверхбыстрых квазистационарных перенапряжений (VFTO)
• Анализ влияния включения и выключения линий, трансформаторов, электрических машин и индуктивных нагрузок
• Определение воздействия на выключатели во время коммутационных операций
• Анализ восстановления напряжения (TRV)
• Исследование по подключению систем генерации и передачи электроэнергии с преобразователями, таких как HVDC, FACTS, ветряные и фотоэлектрические системы
• Анализ подсинхронных резонансов (SSR)

Программный комплекс PSS®SINCAL с движком расчета динамики PSS®NETOMAC предлагает пользователю в модуле (EMT) возможность производить базовые расчеты непосредственно в графическом интерфейсе PSS®SINCAL, а также в экспертном режиме (ExpMode) использовать интерфейс PSS®NETOMAC для продвинутых вычислений. В дополнение к точным и надежным внутренним динамическим моделям оборудования движок динамики предлагает очень высокую степень гибкости при моделировании и управлении моделированием.

• Моделирование во временной области на основе мгновенных значений для симметричных и несимметричных сетей с симметричными и несимметричными условиями повреждений, нагрузками и генерации
• Использование проверенных динамических моделей и методов моделирования движка расчета динамики PSS®NETOMAC
• Удобное и простое управление расчетами и оценкой результатов

Задача релейной защиты – это быстрое, надежное и селективное отключение повреждений, происходящих в электрической сети, с целью защиты оборудования и персонала, обеспечения непрерывной работы неповрежденных участков сети. Для проверки соответствия этим требованиям необходима имитационная проверка уставок защит.

В данном случае требуется найти ответы на следующие вопросы:

• Является ли отключение повреждений в сети селективным и достаточно быстрым?
• Какое время требуется системе защиты на обнаружение неисправности и отключение поврежденного участка сети?
• Отстроены ли значения уставок устройств релейной защиты от токов нагрузки и короткого замыкания?

Дополнительно к вышесказанному требуется:

• Анализ процесса отключения поврежденного участка сети
• Анализ влияния распределенной генерации на систему защиты
• Создание карт селективности на основе заданных значений уставок
• Создание документации по уставкам защит
• Анализ возникших повреждений в сети
• Надежное обнаружение замыканий на землю в сетях с изолированной и компенсированной нейтралтью

Модуль для токовых защит с выдержкой времени (OC) дает возможность моделировать поведение системы защиты при различных повреждениях в сети.

Результат моделирования позволяет проанализировать поведение системы защиты и проверить уставки защит. Модуль позволяет смоделировать работу следующих типов устройств: микропроцессорные терминалы токовых защит, электромеханические реле токовых защит, предохранители, низковольтные силовые выключатели, низковольтные автоматические выключатели (включая биметаллические), реклоузеры, устройства для обнаружения замыканий на землю.

• Пошаговое событийно-ориентированное моделирование повреждений, включающее в себя расчет времени отключения повреждения
• Интерактивный анализ процесса отключения повреждения с использованием однолинейной схемы сети, включающий в себя информацию о токах, которые фиксируют устройства защиты, выдержках времени. Имеется возможность цветового кодирования состояния устройств защиты в тот или иной момент времени
• Проверка уставок устройств защиты и автоматическая проверка селективности
• Документирование защиты: зоны действия защиты, отображаемые на однолинейном представлении схемы, связанные с ней времятоковые характеристики на карте селективности для защит от межфазных повреждений и от замыканий на землю
• Отчеты, включающие в себя значения уставок защит 

Устройства дистанционной и дифференциальной защиты используются, прежде всего, в сложнозамкнутых распределительных и магистральных сетях. Особенностью сложнозамкнутых распределеительных сетей и сетей с децентрализованной генерацией является возникновение эффектов, которые изменяют зону действия устройств защиты. Для проверки уставок этих устройств может быть использовано имитационное моделирование с целью подтверждения заданных значений. В первую очередь здесь необходимо найти ответы на следующие вопросы:

• Селективно ли отключаются поврежденные участки сети?
• Сколько времени требуется защите сети для отключения поврежденного участка?
• Правильно ли выбраны уставки устройств защиты в отношении любой нагрузки и токов короткого замыкания?

Также необходимо:

• Анализ изменения зоны действия устройств защиты вследствие таких эффектов, как дополнительная генерация в зоне действия или наличия параллельных линий (недостаточная зона действия/избыточная зона действия)
• Разбор (моделирование и анализ) произошедших неисправностей в сети
• Анализ процесса устранения неисправностей
• Создание карт селективности на основе заданных значений
• Документирование уставок защиты
• Моделирование защит по напряжению и частоте, например, децентрализованных энергоресурсов (DER)

Модуль Расширенного моделирования защиты (SZ) в PSS®SINCAL расширяет функциональность модуля Моделирование токовых защит (OC).  При использовании данного модуля открываются возможности по использованию следующих типов защиты: дистанционная защита, дифференциальная защита, защита по напряжению и защита по частоте. Наряду с моделированием поведения устройств защиты и проверкой заданных уставок имеются дополнительные возможности анализа, например, расчет и отображение реального состояния зон защиты.

• Расширенные возможности по моделированию системы защиты с использованием устройств дистанционной и дифференциальной защиты, защиты по напряжению и частоте
• Поэтапное моделирование неисправностей, ориентированное на события, включая расчет времени устранения неисправностей
• Интерактивный анализ процесса устранения неисправностей на однолинейной схеме сети (или с использованием географического вида)
• Проверка на селективность выбранных уставок защиты
• Расчет и отображение фактических зон действия защиты при запуске специального типа расчета: «Расчет зон действия защиты». При этом учитываются каскадные отключения, наличие параллельных линий и дополнительная генерация, находящаяся внутри зон защиты (например, за счет децентрализованных энергоресурсов)
• Диаграммы, показывающие фактические зоны действия устройств защиты для оценки поведения при отключении (на основе моделирования повреждений)
• Анализ произошедших неисправностей, определение местоположения неисправностей для анализа/локализации неисправностей, произошедших в сети

Селективность дистанционной защиты обеспечивается благодаря отстройке по времени и по расстоянию. Для выполнения отстройки защит по расстоянию в первую очередь требуется расчет зон защиты в координатах X и R. Важно отметить, что при выборе коэффициента отстройки должны быть учтены погрешности (возникающие, например, из-за отклонения параметров линий). Кроме того, в сложнозамкнутых сетях возникают различные явления, которые увеличивают/уменьшают расчетную зону действия устройств защиты, что особенно актуально для резевных защит.

• Автоматический расчет уставок дистанционной защиты
• Автоматическое параметрирование устройств дистанционной защиты

Модуль (DI) в PSS®SINCAL позволяет автоматически рассчитывать установки зон для устройств дистанционной защиты. В зависимости от выбранного метода расчета учитываются промежуточные источники электроэнергии и имеющиеся параллельные линии, которые изменяют зону действия устройств защиты.

• Автоматический расчет уставок устройств дистанционной защиты для определенных пользователем зон
  
• Поддержка нескольких методов расчета (DISTAL, сопротивление линий, сопротивление присоединенных линий, расчет сетей среднего напряжения)
• Формирование карт селективности на основе рассчитанных значений уставок для устройств дистанционной защиты

Модуль Оценки селективности защит (PSA) включает в себя две функции: Анализ защит и Проверка устройств токовой защиты.

В сложнозамкнутых сетях и сетях с достаточно высоким содержанием устройств распределенной генерации часто бывает недостаточно проверки правильности функционирования (селективность, скорость, надежность, безопасность) защиты сети исключительно на основе исходных данных/карт селективности. Поэтому наряду с наблюдением за конкретными событиями, возникающими при моделировании защиты, необходимо проверять настройки защиты всей сети на все возможные места неисправностей. При этом необходимо не только экономить время, но и надежно выявлять слабые места в системе защиты сети.

Растущее количество децентрализованной генерации с непостоянным направлением и величиной перетоков мощности увеличивает количество коммутационных операций в сети. С точки зрения эксплуатации сети это требует быстрой проверки всей защиты сети (например, перед каждой операцией коммутации).

Дополнительным требованием является предоставление и документальное подтверждение максимально допустимого времени отключения защиты сети с учетом термического разрушения линий. Если это необходимо, то уствки защиты должны быть отрегулированы таким образом, чтобы предотвратить термическое разрушение линий.

Модуль (PSA) в PSS®SINCAL выполняет автоматическую проверку заданных уставок всех типов защит, присутствующих в сети, путем моделирования аварийных событий во всей сети. В результате визуализируются слабые места в защите сети, что позволяет обнаружить неверно выбранные уставки и неработоспособные концепции организации защиты.

• Автоматизированная проверка и документирование селективности, быстродействия, надежности (чувствительности) и безопасности защиты сети при возникновении неисправностей в каждой из точек сети
• Слабые точки в защите сети надежно обнаруживаются и выделяются в матрице результатов
• Запуск из окна матрицы результатов моделирования защиты в конкретных местах для пересчета коротких замыканий и детального анализа поведения защиты повреждения
• Проверка уставок защиты с минимальными временными затратами благодаря автоматическому моделированию неисправностей во всей сети
• Контроль качества расчетов путем улучшения или расширения процесса координации защит (концепция защиты/расчет заданной величины/анализ/документация по защите)
• Быстрые алгоритмы расчетов позволяют проверять всю защиту сети перед каждой операцией переключения
• Автоматическая проверка на термическое разрушение линий и трансформаторов в зависимости от времени отключения защиты сети

Квазидинамическое моделирование и анализ сети в краткосрочной и среднесрочной перспективе (от нескольких часов или дней до нескольких лет) актуальны в дополнение к расчетам установившегося режима сети в отдельно выбранных точках времени (рабочих точках). Поведение сети должно быть проанализировано с учетом профилей нагрузок и генерации для того, чтобы рассчитать не только заранее заданный режим работы сети, но и поведение системы на протяжении всего расчетного периода.

• Расчеты установившегося режима сети с учетом архивных данных по нагрузкам, прогнозируемых данных, профилей генерации и потребления (стандартные профили нагрузки), изменяющихся положений выключателей, а также рабочих величин и эффектов различных регулирующих устройств
• Квази-динамический расчет, основанный на серии отдельных расчетов установившегося режима
• Анализ одновременности питания и потребления
• Определение максимальных значений различных величин (таких как токовая загрузка элементов сети) за весь расчетный период
• Использование расчетных значений (в кВт/ч) полученных от заказчика и расчетных данных
• Анализ потерь за период
• Параметризация и оптимизация режима работы управляемых сетевых элементов (например, конденсаторных батарей, реакторов, трансформаторов, преобразователей)
• Верификация модели сети, основанная на контрольных замерах реальной нагрузки
• Определение затрат на производство и потребление электроэнергии на основе профилей стоимости электроэнергии

Модуль для расчета временных рядов и рабочих точек (LP) в PSS®SINCAL позволяет моделировать сеть в заданных пользователем временных периодах и с заданным интервалом времени между различными состояниями, а также рассчитывать рабочие точки с использованием полного функционала методов по расчету установившегося режима сети.

• Расчет рабочих точек для симметричных и несимметричных сетей
• Расчет временных рядов (профилей нагрузки и генерации) для симметричных и несимметричных сетей
• Расчет рабочих точек для симметричных и несимметричных сетей
• Полная интеграция элементов с контроллерами, используемыми при расчете установившегося режима, и пользовательских моделей элементов сети в квази-динамический расчет
• Общий или заданный пользователем диапазон допустимых значений параметров для каждого из элементов сети в каждый момент времени
• Визуализация коэффициета загрузки оборудования в течение всего периода наблюдения

В дополнение к исследованию сети с нагрузками и генерирующими установками в произвольной точке времени, необходимо исследовать и рассчитывать режим работы сети в средне- и долгосрочной перспективе (годы). Для этого необходимо разработать мероприятия по расширению, реконструкции или выводу из работы элементов сети, которые возникают в результате изменения нагрузок, ввода и вывода из эксплуатации или замены оборудования.

• Планирование сетей на среднесрочную и долгосрочную перспективу
• Расчеты сети с учетом прогнозируемых темпов роста или снижения нагрузки в зависимости от площади сети, а также уже известных данных для ввода и вывода из эксплуатации электрооборудования
• Потребление энергии и рабочие точки электростанций или распределенной генерации, которые со временем меняются (например, вследствие модернизации существующей электростанции)
• Оценка гарантированной мощности для участков сети при различных сценариях увеличения нагрузки потребителей
• Выявление слабых мест в сети и приоритизация мер по расширению и модернизации сети, а также определение потенциала экономических сбережений

Модуль (LD) в PSS®SINCAL, основанный на расширенных методах моделирования и расчета потока нагрузки, позволяет рассчитывать сеть в выбранные моменты времени в средне- или долгосрочной перспективе, которые рассматриваются для целевого планирования сети.

• Широкие возможности для моделирования увеличения потребления и прироста мощности нагрузки, а также времени ввода и вывода из эксплуатации элементов сети
• Расчет потока нагрузки во все (автоматически определяемые) моменты времени в расчетном периоде, в которые происходит увеличение, уменьшение, ввод в эксплуатацию, вывод из эксплуатации за один прогон расчета
• Результаты в отдельные моменты времени и за весь период оценки

Решения, основанные на технических исследованиях и расчетах по расширению, реконструкции или ликвидации сети, также должны быть оценены с экономической точки зрения. Эти наблюдения проводятся в среднесрочном и долгосрочном периодах (годах) в пределах горизонта планирования.

• Расчет и сравнение расходов и затрат по планируемым вариантам расширения и реконструкции сети
• Оценка капитальных затрат и эксплуатационных расходов (CAPEX и OPEX)
• Расчет и оценка экономической эффективности планируемого мероприятия с использованием метода капитальной стоимости
• Поддержка инвестиционных решений и определение подходящего времени (отсрочка или перенос мероприятий)

Модуль (CC) в PSS®SINCAL позволяет оценить экономическую эффективность технических решений для выбранного периода развития сети и помогает оператору анализировать решение с учетом экономических аспектов.

• Дополнительное определение моделирования для единоразовых расходов на ввод и вывод из эксплуатации и эксплуатационных расходов для элементов сети
• Расчет инвестиционных расходов и затрат с использованием метода чистой приведенной стоимости (с дисконтированием или без) для каждого года наблюдаемого периода и для всего периода в целом
• Опциональная интеграция экономического расчета с расчетами потерь и затрат на генерацию или потребление, полученных в результате расчетов потока нагрузки 

Для корректной работы сети сети промышленных предприятий, электростанций или самих распределительных сетей необходимо заранее подумать о режимах запуска асинхронных двигателей (одновременный пуск, последовательный пуск). Номинальные параметры элементов питающей сети должны определяться нагрузкой на сеть, самими двигателями и их защитой. Среди прочего, необходимо проанализировать следующее:

• Оценка возможности пуска одного или нескольких двигателей по заданным характеристикам момента нагрузки и определение времени пуска
• Расчет падения напряжения и нагрузки на сеть при одновременном пуске одного или нескольких двигателей
• Расчет времени, необходимого на последовательный пуск нескольких машин
• Расчет установившегося режима сети в различных рабочих точках

Модуль (MA) в PSS®SINCAL представляет собой эффективный инструмент, основанный на квазидинамическом расчете установившегося режима, для моделирования и анализа запуска двигателей в любом из режимов (одновременный или последовательный пуск нескольких двигателей) и при любых нагрузках на сеть. Характеристики двигателя при этом приравниваются к характеристикам эквивалентной нагрузки, с учетом электрического сопротивления двигателя в тот или иной момент времени.

• Моделирование режимов пуска (одновременного или последовательного) любого количества асинхронных машин
• Использование изменяемых характеристик момента нагрузки и пускового тока
• Использование стандартных характеристик в соответствии с NEMA
• Постоянное или переключаемое соединение звезда/треугольник обмоток статора при пуске

В некоторых случаях необходимо смоделировать два независимых, но одновременных повреждения в сети, например для анализа броска напряжения в случае возникновения двух независимых друг от друга однофазных коротких замыканий на землю или в случае обрыва линии.

• Моделирование и расчет повреждений в нескольких точках сети или обрывов линий, происходящих одновременно или с небольшим разбросом по времени
• Моделирование повреждений в узлах или произвольных точках линий (местах повреждений)
• Разбиение отдельных повреждений в различных точках сети на группы для их одновременного моделирования (например, два отдельных одновременных коротких замыкания на землю с учетом работы АПВ)
• Повторный расчет однотипных конфигураций неисправностей
• Использование результатов расчета как базис для моделирования и расчета защит

Модуль расчета множественных повреждений (MF) в PSS®SINCAL позволяет моделировать несколько отдельных, не связанных между собой, неисправностей, затем разбить их на несколько групп, называемых Повреждениями и последовательно рассчитать и проанализировать их. При этом повреждением будет являться одновременное возникновение неисправностей в различных точках сети.

• Пользователь имеет возможность моделирования любых типов повреждения в узлах сети или в произвользой точке на линиях при любом режиме работы нейтрали данной сети. Имеется возможность моделирования обрыва линий электропередачи
• Любая комбинация отдельных неисправностей любого типа в составе групп – «повреждений» с одновременным расчетом влияния этих повреждений на электрическую сеть
• Переключение между результатами расчета различных комбинаций неисправностей (повреждений)

Данные с временными отметками в энергосистемах и трубопроводных сетях могут быть получены в результате измерений, прогнозов, диспетчеризации или в результате запланированных и незапланированных событий во время работы, например, переключений. Эти значения могут охватывать прошлые, текущие или будущие периоды. Интеграция этих данных в расчетную модель сети в качестве исходных данных, состояния или граничных условий решает следующие задачи:

• Эффективное управление инвестициями в измерительные приборы / интеллектуальные счетчики, для планирования, эксплуатации и стратегии развития сети
• Принятие стратегических решений по размещению дополнительных измерительных устройств 
  
• Интеграция данных временных рядов (измеренных, прогнозируемых или запланированных значений) для сетевого и эксплуатационного планирования 
  
• Измеренные или расчетные значения: Послеэксплуатационный анализ энергосистемы для проверки предположений планирования и получения критических или типичных точек во времени в качестве опорных сценариев планирования
• Прогнозируемые и плановые значения: Анализ энергосистемы до начала эксплуатации на основе модели и оперативного планирования
• Получение представления о реальном использовании и распределении напряжения во времени, а также об остаточной гибкости установленных активов для минимизации будущих инвестиций
• Локализация, оптимизация и выведение требований к планированию и эксплуатации на основе смоделированных потерь для их стратегического снижения и определения потенциальных мест, вызывающих нетехнические потери  
• Обеспечение возможности проверки и калибровки модели сети

Модуль (TSDI) PSS®SINCAL предлагает интерфейс к открытой общей базе данных временных рядов для всех методов моделирования на основе временных меток или мгновенных "снимков" сети.

• Общая открытая база данных временных рядов для TSDI как средство агрегации данных, полученных из различных источников, таких как MDM, SCADA или базы данных прогнозирования
• Интеграция данных активной мощности, реактивной мощности, напряжении, состоянии и измеренных или прогнозируемых токах фидеров для моделей сети энергосистемы с временными метками
• Предварительная обработка и правила замены недействительных или некачественных классифицированных данных перед вставкой в расчет или моделирование
• Полная и гибкая интеграция в существующие рабочие процессы и модули

Целью анализа послеаварийных режимов является оценка распределения мощности в случае неисправности оборудования или вводов сети. Анализ предоставляет оператору сети информацию об эксплуатационной безопасности и надежности сети. Цель состоит не только в оценке самой неисправности, но и в анализе возможных стратегий для повторного снабжения всех потребителей. Также, оператору сети необходима информация относительно:

• Перебоев в снабжении и способов их быстрого устранения
• Обнаружения недопустимых условий в сети (отклонений напряжения, перегрузок) в случае неисправности оборудования
• Проверка критерия n-1 или n-1-1 (n-2) в сети
• Проверка сети во время плановых работ по техническому обслуживанию/отключению отдельных или нескольких устройств
• Проверка заранее определенных сценариев неисправностей с принятием мер по их устранению

Модуль (CA) в PSS®SINCAL автоматически моделирует неисправности оборудования в сети и оценивает состояние сети во время этих неисправностей.

• Автоматическая генерация неисправностей линий, трансформаторов, генераторных установок, узлов сети и определяемых пользователем групп неисправностей в соответствии со спецификациями пользователя для случая n-1
• Автоматическая генерация неисправностей в зависимости от заданных пределов загрузки оборудования и на основе вероятностных параметров
• Моделирование случая n-1-1 (n-2) или вызванных неисправностей из-за изменения загрузки оборудования в случае n-1
• Интерактивная визуализация неисправных и неподключенных элементов сети, нарушений пределов и максимальной нагрузки
• Отображение всех рассчитанных неисправностей в браузере результатов для анализа, пересчета и фильтрации неисправностей

При необходимости в анализе аварийных ситуаций можно также проанализировать меры по устранению неисправностей. Если элементы сети имеют неисправности, предпринимается попытка повторного снабжения всех питаемых потребителей (нагрузки, асинхронные машины и т.д.) в текущем рабочем состоянии.

Цель вероятностного анализа надежности - сделать выводы о возникновении аварийных ситуаций в будущем на основе данных об отказах, наблюдавшихся при эксплуатации сети в прошлом. Для этого показатели надежности электроснабжения всей наблюдаемой сети или отдельных потребителей рассчитываются исходя из эксплуатационного поведения элементов и их взаимодействия в сети на основе моделей отказов.

• Определение надежности электроснабжения с учетом статистической значимости неисправности оборудования в отличие от классического применения детерминированного (n-1) критерия
• Количественное сравнение концепций систем или сетей, не различающихся по критерию (n-1)
• Определение индексов надежности для узлов нагрузки, участков сети или всей сети, а также показателей влияния оборудования
• Анализ и выведение мер по повышению надежности электроснабжения

Вероятностный анализ надежности (ZU) в PSS®SINCAL является существенным дополнением модуля (CA) и позволяет рассчитывать показатели надежности на основе топологической и электрической модели сети, вероятностных моделей отказов и эксплуатационного поведения элементов, а также меры по восстановлению в случае перебоев в электроснабжении.

• Детальное и количественное описание надежности электроснабжения в наблюдаемой области сети
• Определение вклада отдельных компонентов в уровень надежности и анализ слабых мест в сети
• Расчет показателей надежности для каждого узла сети, к которому подключены элементы нагрузки ("показатели потребителей"), а также показателей надежности для всей сети ("показатели сети"), таких как частота возникновения неисправностей, средняя продолжительность неисправности и произведение обоих показателей, недоступность электроснабжения для каждого потребителя

Для анализа интеграции распределенной генерации (например, солнечные панели, ветряки, ТЭЦ), а также различных типов нагрузки (например, зарядной инфраструктуры для электромобилей) в распределительные сети необходим подход для определения резерва мощности текущего состояния сети. Анализ должен включать не только поток нагрузки, но и анализ коротких замыканий и защиты. На основе этих анализов оператор сети может контролировать интеграцию нагрузок и систем генерации, регулярно публикуя результаты.

• Количественный анализ выбранных участков сети относительно их максимальной мощности подключения распределенной генерации или нагрузок
  
• Быстрая и автоматизированная процедура, которая может быть использована для повторного анализа после изменения состояния или топологии сети
• Определение пропускной способности на основе отдельных рабочих точек или графиков (профилей нагрузки) до нескольких лет
• Предотвращение или отсрочка мер по модернизации сети за счет оптимального использования существующей мощности

Модуль (ICA) в PSS®SINCAL автоматически определяет наибольшее значение мощности распределенной генерации или нагрузки, которые могут быть подключены к любому узлу анализируемого участка сети без нарушения технических ограничений. Пользователь получает пошаговое сопровождение по настройке и выполнению расчета.

• Определение максимальной подключаемой мощности в узлах с учетом задаваемых пользователем критериев
• Автоматический множественный расчет потоков нагрузки и коротких замыканий, а также моделирование релейной защиты

Интеграция зарядной инфраструктуры для электромобилей или распределенной генерации оказывает влияние в основном на распределительные сети. Поскольку эти нагрузки или вводы меняются как по месту, так и по времени, планирование не может работать с заранее определенными параметрами для расширения зарядной инфраструктуры (и сопоставимых элементов, подлежащих моделированию) или распределенной генерации. Стохастический подход необходим для случайного распределения планируемых потребителей или систем генерации в зоне электроснабжения с последующим расчетом и анализом сети.

• Проверка загрузки оборудования из-за дополнительной зарядной инфраструктуры/распределенной генерации
• Проверка допустимых отклонений напряжения сети
• Определение критических ограничений в средне- и долгосрочном периоде планирования
• Выявление слабых мест в сети для планирования модернизации сети

Модуль (NST) в PSS®SINCAL позволяет анализировать эффекты от увеличения интеграции нагрузок и распределенной генерации в зоне электроснабжения.

• Анализ поглощающей способности зон электроснабжения для элементов нагрузки/распределенной генерации в вероятностном подходе путем случайного распределения элементов
• Классификация возможных точек подключения и подключаемых элементов постоянного тока с помощью типов
• Расчет заданного пользователем количества циклов и, соответственно, случайной конфигурации в каждом цикле
• Интерактивная оценка и документирование критических конфигураций в отношении предельных значений напряжения и загрузки

Увеличение количества распределенной генерации может потребовать расширения или модернизации сети. Критические напряжения или загрузка возникают только в отдельные моменты времени или периоды краткосрочной и среднесрочной перспективы, поскольку электроснабжение этих систем может значительно изменяться во времени. Поэтому альтернативой модернизации сети может быть использование накопителей энергии для балансировки пиков нагрузки и генерации.

• Предотвращение или отсрочка мер по расширению сети за счет локального использования систем хранения энергии
  
• Расчет номинальной мощности и емкости системы хранения и выбор подходящей точки подключения в сети в процессе планирования
• Анализ различных стратегий управления и типов управления зарядом и разрядом системы хранения относительно качества напряжения и загрузки оборудования
• Увеличение мощности электроснабжения или нагрузки в зоне сети за счет использования систем хранения данных
• Расчет и проектирование на основе исторических или прогнозируемых профилей нагрузки и систем генерации

Модуль (ES) в PSS®SINCAL позволяет разрабатывать и размещать накопители энергии в сети с помощью двухэтапной интерактивной стратегии.

• Анализ размещения накопительного элемента в выбранных узлах, которые представляют собой возможные точки подключения
• Двухэтапный процесс определения оптимальной точки подключения накопителей с учетом критериев напряжения и загрузки, а также последующий расчет необходимых состояний памяти и емкости накопителей
• Интеграция отдельных этапов работы в эффективный, структурированный рабочий процесс с собственной формой экрана настройки

Целью модуля Оптимальная структура сети (ON) в PSS®SINCAL является определение наилучшей возможной структуры для сетей среднего напряжения. Оптимизация основана на моделировании подстанций и трасс линий электропередачи, которыми задаются все возможные варианты соединения источников питания и нагрузки. Целевыми структурами являются кольцевые и радиальные сети.

Оптимизация может быть произведена как для новых, так и для существующих сетей. Целевым критерием оптимизационного расчета является минимизация потерь энергии при соблюдении технических ограничений (максимальная нагрузка на элементы сети, максимальное падение напряжения и т.д.). Определяются затраты на преобразование сети в предлагаемую структуру.

• Три метода оптимизации
• На первом этапе путем статической оптимизации определяется целевая структура сети
• На втором этапе путем  динамической оптимизации рассчитывается оптимальная последовательность развития сети для преобразования исходной сети в целевую с минимальными затратами

Модуль (OT) в PSS®SINCAL может использоваться для выбора оптимального положения нормально открытых точек в сложнозамкнутых сетях и их переноса в модель сети одним нажатием кнопки.

Это позволяет преобразовать слжнозамкнутую сеть в сеть с радиальной структурой и минимальными потерями в системе. Для поиска оптимального положения выключателей используется следующий алгоритм: Производится расчет установившегося режима и определяются точки с минимальным уровнем напряжения, затем сеть размыкается со стороны схемы с минимальными значениями тока в ветвях. Это продолжается до тех пор, пока все кольцевые схемы не будут переключены в радиальный режим работы. Рассчет установившегося режима производится после каждого переключения.

Описанный алгоритм идеально подходит для определения оптимального положения нормально открытых точек, разделяющих участки сети, питающиеся от разных источников питания.

• Поиск и формирование радиальной структуры сети с наименьшими потерями
• Алгоритм расчета применим для сетей любого класса напряжения
• Определение участков сети, где не следует предлагать изменение положения выключателей
• Автоматическое внесение новых нормально открытых точек (положений выключателей) в модель сети
• Цветовое кодирование нормально открытых точек, фидеров и зон питания на графике сети

Оптимальная компенсация реактивной мощности оказывает положительное влияние на работу сети. Обычно это приносит следующие выгоды:

• Снижение передаваемой полной мощности и соответствующее этому снижение зарузки элементов сети
• Снижение нагрузочных потерь мощности в системе
• Улучшение кривой напряжения и уменьшение нарушений пределов напряжения
• Благодаря снижению степени загрузки элементов появляется возможность осрочки модернизации, направленной на увеличение пропускной способности сети
• Снижение затрат на потребление реактивной мощности

Модуль оптимизации компенсации реактивной мощности (CO) в PSS®SINCAL предлагает методы по оптимизации использования существующего оборудования путем поиска оптимальных точек включения для компенсации реактивной мощности.

Оптимизация компенсации реактивной мощности

Серия расчетов установившегося режима определяет величину потребляемой сетью реактивной мощности. В каждом цикле расчетов установившегося режима компенсируется часть требуемой реактивной мощности, протекающей через питающие трансформаторы. Потребляемая сетью реактивная мощность может иметь индуктивный или емкостной характер. Расчет потребляемой реактивной мощности выполняется для выбранных классов напряжения. Шунтирующие реакторы или конденсаторы подключаются к шинам низкого напряжения трансформаторов для тех  участков сети, где требуется выполнить компенсацию реактивной мощности для достижения заданного коэффициента мощности. PSS®SINCAL также может предложить стандартные номиналы устройств компенсации реактивной мощности на основе типов, заданных в библиотеку оборудования.

Автоматическая расстановка устройств компенсации

Цель данного метода оптимизации – достижение минимального уровня потерь в сети путем размещения заданного количества конденсаторов. PSS®SINCAL может определить оптимальные места для установки устройств компенсации, учитывая затраты на установку конденсаторных батарей и ожидаемую экономию от снижения потерь. На основе затрат и экономии рассчитывается рентабельность инвестиций.

С помощью модуля Вольт-Вар Оптимизация (VVO) PSS®SINCAL можно управлять напряжением и коэффициентом мощности в радиальных сетях среднего и низкого напряжения, которые могут быть симметричными или несимметричными, в результате чего достигается поддержание заданного диапазона напряжения во всех узлах сети, к которым подключены потребители, а получаемая из сети реактивная мощность является как можно более низкой.

Оптимизация напряжения необходима для обеспечения приемлемой работы сети на основе предписанных ограничений для всех потребителей на фидере.

Оптимизация коэффициента мощности уменьшает переток реактивной мощности (и, следовательно, потери) на данном участке сети. Коэффициент мощности снижается при увеличении количества потребителей реактивной мощности индуктивного характера (собственная емкость кабелей несколько снижает этот эффект).

Цель оптимизации Вольт-Вар - определить, в какой точке фидера должны быть установлены конденсаторы и как должен быть установлен трансформатор в начале фидера. Количество и размер этих конденсаторов автоматически определяются программным обеспечением. Это позволяет обеспечить нахождение потребительских узлов фидера в допустимом диапазоне при высокой и низкой нагрузке.

Модуль Балансировки нагрузки (LB) в PSS®SINCAL может использоваться в несбалансированных сетях для оптимизации подключения однофазных и двухфазных подключенных нагрузок с целью достижения сбалансированной загрузки системы. Полные фидеры могут быть переподключены как единое целое.

Балансировка нагрузки - это комбинаторная задача, которая решается с помощью алгоритма оптимизации, который варьирует комбинации подключенных фаз однофазных и двухфазных нагрузок.

Результатом оптимизации является конфигурация системы, которая приводит к наименьшему коэффициенту дисбаланса из всех проанализированных комбинаций.

В диалоговом окне результатов перечислены существующие и вновь предложенные соединения фаз для нагрузок, изменение соединения фаз которых позволит добиться более сбалансированного установившегося режима в сети. Результат можно просмотреть в диалоговом окне результатов, где изменения подключенных фаз могут быть применены к сети для выбранных нагрузок.

При работе с несколькими пользователями или командами над сложными моделями сети необходимо выполнять определенные требования для управления единой моделью сети, чтобы отслеживать изменения отдельных пользователей и поддерживать согласованность модели сети.

• Отображение корпоративных процессов с различными ролями и их правами доступа на сетевую модель для моделирования и выгрузки
• Согласованная модель сети для синхронизации (и, возможно, сокращения) рабочих этапов (например, для поддержки управления проектами)
• Центральное хранение модель сети на сетевом сервере в качестве хранилища для отдельных пользователей
• Обновление или возврат к предыдущему состоянию централизованной модели сети на основе изменений, внесенных отдельными пользователями с помощью контроля версий
• Отслеживание и документирование изменений

Модуль (PM) в PSS®SINCAL позволяет работать над моделью сети, которая синхронизируется и распределяется по разным рабочим местам.

• Создание центральной сетевой модели в мастер-базе данных на одном сервере (репозитории) из ранее локально существующей сетевой модели
• Управление пользователями для администрирования различных ролей пользователей с соответствующими правами доступа
• Подключение децентрализованных пользователей (клиентов) к главной базе данных, локальное редактирование и последующая публикация внесенных изменений
• Центральное администрирование (контроль версий) главной базы данных администратором с функциями синхронизации и управления конфликтами в графическом интерфейсе

Моделирование сетей основано на наборе выходных данных для базовой модели, которые получаются путем преобразования или импорта из внешних источников данных (например, SCADA, GIS) или другого набора данных сети (например, CIM). Если этот набор исходных данных изменяется, то для обновления базовой модели необходимо новое преобразование или импорт. В то же время, однако, расширения модели (например, нагрузки, данные защиты, модели и параметры), которые были внесены в PSS®SINCAL за прошедшее время, должны быть сохранены.

• Обновление модели сети на основе изменений в наборе выходных данных без потери дополнительных элементов, смоделированных в PSS®SINCAL
• Раздельная обработка моделей и их регулярное объединение в новую базовую модель после обработки
• Поэтапное обновление на основе измененных, добавленных или удаленных элементов из другого источника данных
• Возможность избежать трудоемкой ручной синхронизации моделей сети

Модуль (MERGE) в PSS®SINCAL позволяет объединить две модели сети с минимальным вмешательством пользователя.

• Быстрое и автоматическое объединение двух моделей сети с обработкой конфликтов
• Сохранение согласованности расчетной модели
• Индивидуальная настройка процесса и маркировка изменений на графическом отображении сети

Рассмотрение взаимодействий между собственными и соседними областями сети, т.е. областью наблюдения и влияющими условиями, может быть подвержено ограничениям в отношении защиты данных и вычислительных мощностей. С одной стороны, это связано с защитой информации критической инфраструктуры или интеллектуальной собственности, с другой - с оптимизацией модели путем ее сокращения относительно конкретной цели анализа. В обоих случаях целью является получение такого же поведения в сокращенной модели на определенных граничных узлах, как и в полной модели.

• Сокращение заданных областей сети в модели сети до эквивалентных частичных моделей
• Обеспечение возможности передачи сокращенных данных сети третьим лицам с определенными граничными узлами
• Одинаковое поведение сокращенной и полной модели сети на граничных узлах в отношении расчета потока нагрузки и КЗ (3-, 2- и 1-фазных)
• Сокращение модели сети для экономии вычислительных мощностей для таких задач, как моделирование в реальном времени

Платформа PSS®SINCAL предлагает модуль эквивалентирования сети (NR), эффективный инструмент для сокращения заданных областей в моделях. Область сети выбирается графически, по группам сетевых элементов или другим критериям выбора. В результате эквивалентные элементы внедряются непосредственно в пользовательскую модель сети или, по желанию, в дополнительную подключаемую модель.

• Метод статического сокращения на основе метода Уорда и расширенного метода Уорда
• Рассмотрение расчета потока нагрузки и данных КЗ в качестве справочных данных
• Простой выбор области сокращения по полигонам, группам сетевых элементов или файлу сокращения