Numeričko modeliranje elektromagnetskih pojava u elektroenergetskom sustavu

Voditelj grupe

prof. dr. sc. Slavko Vujević

Životopis  Radovi  Nastava

Suradnici

prof. dr. sc. Rino Lucić

Životopis  Radovi  Nastava

Izv. prof. dr. sc. Ivica Jurić-Grgić

Životopis  Radovi  Nastava

Doc. dr. sc. Tonći Modrić

Životopis  Radovi  Nastava

Dr. sc. Dino Lovrić, v. asist - zn. novak

Životopis  Radovi  Nastava

Mr. sc. Nedjeljka Grulović-Plavljanić, v. pred.

Životopis  Radovi  Nastava

Ivan Krolo, mag. ing. el. – asistent

Životopis  Radovi  Nastava

Opis područja istraživanja i specifičnih aktivnosti

  1. Harmonijska i tranzijentna analiza uzemljivačkih sustava,
  2. 3D izračun jakosti električnog polja i magnetske indukcije elektroenergetskih vodova i postrojenja,
  3. Numerički izračun raspodjele struje zemljospoja,
  4. Numerički izračun Carsonovih formula,
  5. Numerički izračun elektromagnetskih tranzijenata u linearnim i nelinearnim mrežama,
  6. Numerička analiza prijelazne stabilnosti u elektroenergetskim sustavima.

Opis laboratorija i opreme

Istraživačka grupa koristi tri laboratorija:

  1. Laboratorij za ispitivanje električnih instalacija,
  2. Laboratorij za elektromagnetsku kompatibilnost i
  3. Istraživački laboratorij.

Za samo istraživanje najvažnija je računalna oprema koja se nalazi u nastavničkim sobama.
U navedenim laboratorijima imamo instrumente za: mjerenje jakosti električnog polja niskofrekvencijskog elektromagnetskog polja, mjerenje magnetske indukcije niskofrekvencijskog elektromagnetskog polja, geoelektrično sondiranje tla te za mjerenje otpora uzemljenja relativno malih uzemljivača.
Za potrebe eksperimentalnih istraživanja prijelaznih pojava na uzemljivačkim sustavima neophodan bi nam bio udarni generator i njemu pripadna oprema, ali ga zasad ne planiramo nabavljati jer je to relativno skupa oprema koju nije moguće kupiti iz sredstava kao što su sredstva višegodišnjeg institucijskog financiranja.

Kontakti s akademskim i drugim institucijama:

-Technische Universität Ilmenau – Department of Lightning and Overvoltage Protection, Ilmenau, Savezna Republika Njemačka
-China Electric Power Research Institute (CEPRI), Peking, Kina

Opis dosadašnje suradnje s akademskim i drugim institucijama

S Technische Universität Ilmenau ostvarili smo suradnju na problematici zaštite od munje, a posebno na području mjerenja magnetskog polja munje. Na toj problematici 2015. godine radio je jedan naš sadašnji istraživač na projektu kao diplomant u sklopu Erasmus razmjene studenata.

U studenom 2015. godine voditelj ove istraživačke skupine boravio je osam dana u Pekingu po pozivu kolega iz najvećeg kineskog elektroenergetskog znanstvenog instituta (China Electric Power Research Institute (CEPRI)), gdje je održao dva predavanja iz područja numeričkog modeliranja uzemljivačkih sustava. Profesor Zhong-Xin Li, zaposlen na China Electrical Power Research Institute, po drugi put je 2016. godine prijavio međunarodni istraživački projekt iz područja numeričkog modeliranja uzemljivačkih sustava, a u predloženi istraživački tim uključena je i naša istraživačka skupina.

opis istraživanja

Numeričko modeliranje elektromagnetskih pojava u elektroenergetskom sustavu (NUMEPES)

Opis istraživanja za razdoblje od 5 godina

Postoji stalna potreba za teorijskim sagledavanjem elektromagnetskih pojava u elektroenergetskom sustavu i njegovom okolišu te potreba za što točnijim numeričkim modeliranjem tih pojava. Od posebne važnosti su elektromagnetske pojave tijekom stacionarnog rada elektroenergetskog sustava, elektromagnetske pojave u slučaju kvarova, elektromagnetske pojave izazvane sklopnim operacijama te elektromagnetske pojave izazvane udarima munje. Bit istraživanja jest razvoj novih algoritama i unaprjeđenje postojećih algoritama za numeričko modeliranje elektromagnetskih pojava u elektroenergetskom sustavu. Većina planiranih istraživanja nastavak su dugogodišnjih istraživanja na tom području.

  1. Prvi važni cilj istraživanja jest razvoj novog potpunog elektromagnetskog modela za harmonijsku i tranzijentnu analizu uzemljivačkih sustava u horizontalno složenom višeslojnom sredstvu.
  2. Drugi važni cilj jest daljnji razvoj i unaprjeđenje izvorno razvijenog kvazistatičkog elektromagnetskog model za izračun niskofrekvencijskog električnog i magnetskog polja elektroenergetskih vodova i postrojenja.
  3. Treći važni cilj jest daljnji razvoj i unaprjeđenje izvorno razvijenog elektromagnetskog modela za izračun raspodjele struje zemljospoja, utemeljenog na primjeni tehnike konačnih elemenata.
  4. Četvrti važni cilj jest razvoj numeričkih visokotočnih algoritama za izračun Carsonovih formula za jediničnu vlastitu impedanciju i jediničnu međusobnu impedanciju beskonačno dugih međusobno paralelnih pravocrtnih vodiča iznad homogenog tla, uz uračunati povratni put kroz zemlju.
  5. Peti važni cilj jest daljnji razvoj i unaprjeđenje izvorno razvijenih numeričkih modela za izračun elektromagnetskih tranzijenata u linearnim i u nelinearnim mrežama u vremenskoj domeni korištenjem kombinacije metode konačnih elemenata i metode karakteristika.
  6. Šesti važni cilj istraživanja jest daljnji razvoj i unaprjeđenje numeričkih algoritama za analizu prijelazne stabilnosti u elektroenergetskim sustavima, s posebnim naglaskom na razvoj i unaprjeđenje numeričkih algoritama za optimiranje rada hidrauličkog digitalnog turbinskog regulatora.

Program rada za razdoblje od 5 godina

U narednom petogodišnjem razdoblju planiramo razviti nove algoritme i unaprijediti dosad razvijene algoritme za numeričko modeliranje elektromagnetskih pojava u elektroenergetskom sustavu. Program rada za petogodišnje razdoblje podijeljen je po tematskim cjelinama.

 

Na području razvoja naprednih elektromagnetskih modela uzemljivačkih sustava u horizontalno složenom višeslojnom sredstvu planiramo razviti nove napredne algoritme za harmonijsku i tranzijentnu analizu uzemljivačkih sustava. Ovi elektromagnetski modeli bit će utemeljeni na integralnoj formulaciju problema pomoću skalarnog električnog potencijala i vektorskog magnetskog potencijala. Naši dosad razvijeni elektromagnetski modeli utemeljeni su na izvorno razvijenoj metodi fiksnih slika i izvorno uvedenom prigušno-faznom faktoru, što je aproksimacija tzv. potpunog elektromagnetskog modela utemeljenog na rješavanju numerički vrlo zahtjevnih Sommerfeldovih integrala. Stoga planiramo razviti novi potpuni elektromagnetski model za harmonijsku i tranzijentnu analizu uzemljivačkih sustava u horizontalno složenom višeslojnom sredstvu. Pritom je prvi sloj višeslojnog sredstva zrak, dok ostali slojevi pripadaju tlu.

Prvi korak u razvoju novog potpunog elektromagnetskog modela bit će analitičko rješavanje problema tankožičanog infinitezimalnog segmenta protjecanog harmonijskom strujom. Proizvoljno orijentirani tankožičani segment kao izvor elektromagnetskog polja moći će se nalaziti u bilo kojem sloju horizontalno složenog višeslojnog sredstva. Nakon toga slijedi prijelaz s tankožičanog segmenta na sustav vodiča u horizontalno složenom višeslojnom sredstvu protjecanih harmonijskom ili pak impulsnom strujom. Za potrebe novog potpunog elektromagnetskog modela trebat ćemo razviti nove algoritme za učinkovito visokotočno rješavanje Sommerfeldovih integrala i unaprijediti izvorno razvijene algoritme za kontinuiranu numeričku Fourierovu transformaciju i inverznu kontinuiranu numeričku Fourierovu transformaciju. Razvit će se i novi visokotočni algoritmi za izračun unutarnje jedinične impedancije dvoslojnih i višeslojnih cilindričnih vodiča.

  1. Unaprijedit će se izvorno razvijeni 3D kvazistatički elektromagnetski modeli za izračun jakosti niskofrekvencijskog električnog polja i niskofrekvencijske magnetske indukcije, koje stvaraju elektroenergetski vodovi i postrojenja. Pritom elektroenergetski vodovi mogu biti nadzemni zračni vodovi i podzemni elektroenergetski kabeli.
  2. Unaprijedit će se izvorno razvijeni elektromagnetski model za izračun raspodjele struje zemljospoja utemeljen na tehnici konačnih elemenata. Postojeći elektromagnetski model zasnovan na metodi fiksnih slika i izvorno uvedenom prigušno-faznim faktorom nadogradit će se tako da bude potpuni elektromagnetski model zasnovan na rješavanju Sommerfeldovih integrala.
  3. Razvit će se visokotočni numerički algoritmi za izračun Carsonovih formula za jediničnu vlastitu impedanciju i jediničnu međusobnu impedanciju beskonačno dugih međusobno paralelnih pravocrtnih vodiča iznad homogenog tla, uz uračunati povratni put kroz zemlju. Pritom će se jezgra-funkcija pripadnih integrala aproksimirati na tri različita načina.
  4. Nastavit će se s razvojem naprednih numeričkih modela za izračun elektromagnetskih tranzijenata na višežičnim prijenosnim vodovima s uključenim frekvencijsko ovisnim parametrima. Modeli razvijeni u vremenskom i frekvencijskom području bit će zasnovani na tehnici konačnih elemenata za linearne i nelinearne mreže.
  5. Razvit će se napredni algotitmi za numeričku analiza prijelazne stabilnosti u elektroenergetskim sustavima utemeljeni na primjeni tehnike konačnih elemenata. Kao najznačajniji dio elektroenergetskog sustava, u prvom koraku bit će razvijen subtranzijenti matematički model sinkronog generatora, što uključuje i doprinos prigušnih namota. Prethodno razvijeni numerički modeli za za numeričku analizu kutne stabilnosti sinkronih generatora bit će nadograđeni numeričkim modelima digitalnog turbinskog regulatora i digitalnog regulatora napona.