Development of advanced numerical models for power systems angle stability analysis

U ovom je doktorskom radu razvijen napredni numerički model za analizu kutne stabilnosti u elektroenergetskom sustavu (EES-u), koji je utemeljen na tehnici konačnih elemenata i vremenski promjenjivim fazorima. Složena numerička analiza istovremeno se provodi i u vremenskom i u fazorskom području. Razvijeni numerički model, za razliku od postojećih programa za analizu kutne stabilnosti koji su ograničeni na analizu prijelazne stabilnosti tijekom prve četvrtine periode, može analizirati cjelovitu prijelaznu pojavu. Osnova je razvijenog numeričkog modela za analizu kutne stabilnosti u EES-u primjena tehnike konačnih elemenata na EES tako da se razmatrani sustav podijeli na manje dijelove, koji su u postupku izračuna tretirani kao zasebni konačni elementi s određenim brojem lokalnih čvorova. Kao najznačajniji dio elektroenergetskog sustava, u prvom koraku, razvijen je subtranzijentni numerički model sinkronog generatora s odgovarajućim sustavom algebarskih jednadžbi, koji se definira i tretira kao konačni element s tri lokalna čvora. U razvijeni numerički model sinkronog generatora za analizu kutne stabilnosti u EES-u uključen je i izvorno razvijeni numerički model digitalnog turbinskog regulatora kao i izvorno razvijeni numerički model digitalnog regulatora napona. Također su se, na temelju odgovarajućih matematičkih modela, razvili numerički modeli ostalih dijelova elektroenergetskog sustava (transformatora, vodova, ekvivalentne mreže), koji su u postupku izračuna tretirani kao zasebni konačni elementi. Točnost razvijenog numeričkog modela za analizu kutne stabilnosti u elektroenergetskom sustavu potvrđena je usporedbom rezultata izračuna s rezultatima dobivenim pomoću programskog paketa EMTP. Predloženi numerički model omogućuje veoma jednostavnu i brzu analizu kutne stabilnosti velikog elektroenergetskog sustava.In this doctoral thesis, advanced numerical model for analysis of power system angle stability is developed. The developed numerical model is based on a finite element technique (FET) procedure and time-varying phasors. Complex numerical analysis is performed simultaneously both in the time-domain and in the frequency-domain. In contrast to existing transient stability programs (TSP) that are limited to the first swing stability analysis, the developed numerical model can analyze long-term stability. The basis of developed numerical model for analysis of power system angle stability is application of finite element technique to the power system so that the considered system is divided into smaller parts, which are treated as separate finite elements (FE) with a certain number of local nodes during entire time-domain simulation. As the essential part of the power system, in the first step, a subtransient numerical model of the synchronous generator with the corresponding local system of algebraic equations that are obtained in frequency-domain is developed. The synchronous generator is defined and treated as a finite element with three local nodes. The time-domain model of turbine governor as well as excitation system has been also developed and incorporated into synchronous generator FE model for analysis of power system angle stability. Based on the corresponding mathematical models, numerical models of other parts of the power system (transformers, power lines, equivalent sources) have been also developed, which are treated as separate FE during entire time-domain simulation. The accuracy of the developed numerical model for analysis of power system transient stability is confirmed by comparing its computation results with results obtained by software package EMTP. The proposed numerical model enables a very simple and fast analysis of large power system angle stability