Переходные процессы в электрических системах часть II методические указания по курсовой работе Дисц. “Переходные процессы в электрических системах” Спец. 100100, з/о Киров, 1999 удк 621. 311. 018. 782. 3
| скачать МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ ВЯТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Электротехнический факультет Кафедра электрических станций ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ ЧАСТЬ II Методические указания по курсовой работе Дисц. “Переходные процессы в электрических системах” Спец. 100100, з/о Киров, 1999 УДК 621.311.018.782.3 Составители: к.т.н., доцент А.Н. Петрухин к.т.н., доцент И.П. Чесноков инженер Н.Н. Якимчук Рецензент: к.т.н., доцент В.В. Овчинников каф. электрических систем Подписано в печать Усл.печ. л 1,0 Бумага типографская Печать матричная Заказ № Тираж Бесплатно Текст напечатан с оригинал-макета, предоставленного автором 610000, Киров, ул. Московская , 36 Изготовление обложки, изготовление ПРИП Вятский государственный технический университет, 1998 Права на данное издание принадлежат Вятскому государственному техническому университету ВВЕДЕНИЕ Данное пособие содержит основные методические указания к выполнению курсовой работы по переходным электромеханическим процессам студентами специальности 100100 ВятГТУ. Ввиду наличия руководящих указаний, справочников и других учебных пособий объем ограничен вопросами практического выполнения отдельных частей работы. Опыт использования методических указаний изданий 1980 и 1992 г.г. вместе с тем показал необходимость увеличения объема теории, приводимой в работе. Ограниченность времени, отведенного учебным планом на выполнение работы, определила относительно простую схему, применение ряда допущений и частных решений применительно к вариантам задания на курсовую работу. При этом, однако, представлялось необходимым дать понятие о методах расчетов переходных процессов. В данном пособии не рассматриваются вопросы устойчивости математической модели электрической системы. Вопросы асинхронного хода и изменения параметров режима системы не рассматриваются здесь в силу той же самой ограниченности времени и объема работы. При выполнении проекта рекомендуется использование ЭВМ и расчетной модели “УРМЭС”. По указанию преподавателя исходная схема может быть задана по выполненной в КП “Электрические сети” схеме районной сети. ^
1.1. Выбор основного электрического оборудования по заданной конфигурации схемы и параметрам варианта /1015 % / 1.2. Определение устойчивости узла нагрузки по практическим критериям 1.2.1. Нагрузка задана статическими харак- теристиками /1015 % / 1.2.2. Нагрузка задана схемой замещения элементов /1020 % /
по линии /2025 % /
замыкания в расчетной точке /3040 % /
напряжения в узле нагрузки /2530 % /
Работа оформляется пояснительной запиской объемом 30-40 с. Работа должна быть выполнена в соответствии с действующими требованиями ГОСТов и ЕСКД. Пояснительная записка должна содержать: а). Обоснование принятых методов расчета и выбора основного электрического оборудования. б). Основные расчеты с необходимыми пояснениями, основные и промежуточные схемы преобразования. в). Итоговые построения и выводы по разделам работы. г). Список используемой литературы и ссылки на неё в тексте записки.
Под устойчивостью электрической нагрузки понимается такой режим работы, когда при внезапных случайных возмущениях режима энергосистемы как очень малых, так и значительных приемники электроэнергии продолжают нормально работать, отвечая требованиям технологии производства и условиям бесперебойности электроснабжения. В современном понятии электрическая система в целом считается устойчивой, когда при эксплуатационных изменениях режима в системе не происходит нарушения устойчивости как параллельной работы генераторов электростанций, так и устойчивости любого узла нагрузки. Следовательно, полное решение проблемы устойчивости энергосистемы должно обязательно включать обеспечение устойчивости отдельных узлов нагрузки. Под узлом электрических нагрузок понимают группу потребителей, присоединенных к трансформаторной подстанции, шинам электростанции или линии электропередач. Различают статическую и динамическую устойчивость узлов нагрузки. Статическая устойчивость - это способность энергосистемы или узла восстанавливать исходный режим или режим, весьма близкий к исходному после малого возмущения (изменения напряжения, частоты, мощности). Динамическая устойчивость - это способность энергосистемы или узла нагрузки восстанавливать исходное состояние или практически близкое к исходному (допустимому по условиям эксплуатации) после большого возмущения. Такие режимы возникают вследствие коротких замыканий в сети и их последующих отключений, пуске и самозапуске мощных электродвигателей и т.д. Проверка устойчивости узла нагрузки должна производиться для следующих условий:
Наличие вращающихся машин в составе комплексной нагрузки электрических систем может в определенных случаях приводить к их неустойчивости, обычно оцениваемой как неустойчивость всей комплексной нагрузки. Изменение напряжения в системе или механической нагрузки на валу двигателя вызывает изменение скольжения, с уменьшением напряжения или ростом момента скольжения увеличивается. Если при этом напряжение снизится до величины менее  для данного двигателя, то двигатель будет увеличивать скольжение до единицы, т.е. до полной остановки двигателя, что сопровождается возрастанием тока, дальнейшим снижением напряжения и возможным “опрокидыванием” двигателей, работающих в установившемся режиме близко от места нарушения.При подобном нарушении персонал подстанции наблюдает резкое прогрессирующее снижение напряжения, носящее название “лавины напряжения”. Допустимая величина напряжения в узле нагрузки, очевидно, зависит как от величины нагрузки, так и от ее состава, который может меняться в довольно широких пределах. Таблица 1
Из таблицы видно, что процентный состав синхронных двигателей весьма мал, поэтому допустимо рассматривать узлы нагрузки, состоящие из асинхронных двигателей, нагревательных элементов и освещения. Количественное определение условий, в которых может возникнуть нарушение устойчивости, и определение запаса устойчивости может производиться, исходя из схемы рис. 1, в которой генераторы системы заменены одним эквивалентным генератором, а все сопротивления системы - одним эквивалентным индуктивным сопротивлением  . Рисунок 1 где  - эквивалентная ЭДС энергосистемы; - напряжение в узле нагрузки; - активная и реактивная мощности рассматриваемого узла нагрузки;   - потери реактивной мощности в элементах системы.   (1) При определении статической устойчивости могут быть использованы равноценные практические критерии устойчивости  и  . Узел нагрузки считается устойчивым во всем диапазоне  . ЭДС определяется, исходя из векторной диаграммы синхронной машины, по выражению: (2)При снижении напряжения в системе или узлах нагрузки происходит изменение активной и реактивной мощностей, потребляемых узлом. В зависимости от применяемой схемы замещения узла это изменение потребляемой мощности будет различным, что приведет к различным значениям минимально допустимого напряжения. В расчетах первого приближения можно использовать типовые характеристики мощности, соответствующие среднестатистическому составу нагрузки. Таблица 2
Погрешность расчета этим методом составляет около 15%. Более точные результаты (погрешность около 10%) в том случае, когда известен качественный и количественный состав нагрузки и имеется возможность определения ее электрической схемы замещения. В качестве примера такого рода предлагается провести расчет устойчивости узла нагрузки, состоящей из эквивалентного асинхронного двигателя и осветительной нагрузки. Схема замещения комплексной нагрузки в этом случае имеет вид:  Рисунок 2 Параметры схемы определяется с помощью исходных величин:  - мощность, расходуемая на освещение; - мощность эквивалентного асинхронного двигателя; - коэффициент мощности двигателя; - номинальное скольжение двигателя; - кратность максимального момента двигателя (1,8 - 2,2); - кратность пускового момента (1,1 - 1,7); - коэффициент, принимаемый 1,03.Параметры схемы могут быть определены из следующих соотношений:  ;  В этой схеме не определен параметр ^ , который сам зависит от режима системы. S можно определить, приняв мощность на валу двигателя неизменной  Тогда из соотношения  (3)получаем параметр S . Сопротивление осветительной нагрузки:  Сопротивления асинхронного двигателя определяются по выражениям:  ;  (4) ; (5) (6) (7)Откуда получаем уравнение второй степени  (8)решение которого в устойчивой части имеет вид:  (9)Ход расчета устойчивости в этом случае таков: определив параметры замещения схемы, задаемся последовательно уменьшающимися значениями напряжения, определяем соответствующие им значения скольжения. Далее определяются:  ;  ;   ;  По формуле (2) находится ЭДС. Построив зависимость  , определяем критическую точку.Важнейшим показателем устойчивости является запас устойчивости по какому-либо параметру, представляющий относительное удаление рабочей (нормальной) точки от критической. Например, запас устойчивости по напряжению:  ,где  - длительно поддерживаемое напряжение в узловой точке энергосистемы; - критическое напряжение в этой же точке, при котором нарушается статическая устойчивость.По скольжению:  По мощности:  ,где  - предельная передаваемая мощность, определенная из условий устойчивости режима; - мощность, передаваемая в нормальном режиме; - номинальное скольжение.Величина запаса устойчивости в первом приближении позволяет судить об устойчивости системы. В нормальном режиме запас статистической устойчивости электропередачи, связывающей электростанцию с энергосистемой, должен быть не менее 20%, в послеаварийном - больше 8%. ^ РАБОТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ Современная электрическая система характеризуется значительной сложностью, которая определяется как структурой схемы электрических соединений системы, так и сложностью физических процессов, связанных с работой системы в нормальных, аварийных и послеаварийных условиях. Режим работы электрических систем описывается системой алгебраических и дифференциальных уравнений. Число уравнений зависит от количества элементов, связанных в схеме электрической системы процессом производства, передачи и потребления электрической энергии, а также определяется характером исследуемого явления и точностью отражения характеристик элементов системы в расчете. В основу математических операций или математической модели при расчетах режимов работы электрической системы положена ее схема замещения - представление каждого элемента электрической системы индуктивностями, емкостями или активными сопротивлениями и соединение их в электрическую цепь. Задача расчетов различных режимов работы электрических систем в настоящее время успешно решается путем применения соответствующих математических методов с реализацией их на ЦВМ, АВМ, гибридных машинах и т. д. Однако даже при применении современных вычислительных средств расчеты режимов с учетом всех или большинства явлений, происходящих в элементах электрической системы, представляют весьма трудоемкую задачу. Поэтому во многих случаях инженерных расчетов вводятся допущения, целью которых является упрощение вычислений и в то же время выделение у исследуемого явления свойства, которое является главным при решении поставленной задачи. Рассмотрим некоторые допущения, принимаемые при расчетах различных режимов, которые могут быть использованы при выполнении курсовой работы.
В этом случае интересующая инженера часть электрической системы (подсистема) со всеми ее элементами ( генераторы, трансформаторы, линии, нагрузки и т.д.) представляется в реальном виде, а остальная ее часть упрощается с помощью различных методов эквивалентирования и рассматривается в качестве некоторой модели реальной части системы. Поступая таким образом, сложную электрическую систему можно преобразовать в 3-машинную, 2-машинную или простейшую систему станция - шины неизменного напряжения.
Применение иных допущений при расчетах различных режимов электрических систем позволяет даже при ручном расчете решить различные задачи. Рассмотрим некоторые методические указания при выполнении расчетов различных режимов электрических систем для системы, схема замещения которой в общем виде приведена на рис. 3. Схема замещения отдельных участков системы (сопротивления ветвей, мощности и сопротивления нагрузок и т. д.) представлена условно в виде прямоугольника с диагоналями.  - напряжение некоторой узловой точки системы ( обычно заданного узла нагрузки) в нормальном режиме, равное номинальному.  ,  - внутренние реактивные сопротивления генераторов 1, 2, ... n, за которыми включены их соответствующие неизменные ЭДС  . Рисунок 3 Режим генераторных станций (генераторов) описывается следующими системами уравнений:  (10) (11) (12)i=1, 2, 3 ... n, где  - активные и реактивные мощности генераторов (станций); - собственные и взаимные проводимости ветвей схемы замещения; - собственные и взаимные углы потерь  ; - взаимные фазовые углы, характеризующие сдвиг вектора ЭДС  по отношению к вектору  ; - абсолютные углы, определяющие положение вектора  ,  относительно некоторого вектора, принятого за ось отсчета,  ; - постоянная инерции агрегата “турбина-генератор”; - мощность, развиваемая турбиной.В случае схемы “станция-шины неизменного напряжения” выражение (11) приобретает вид  (11, а)и может быть изображено синусоидой со сдвигом по осям X и Y. Для случая неявнополюсных генераторов на станции (гидрогенераторы или дизель-генераторы) в выражении (11, в) появляется дополнительная составляющая в функции  , что увеличивает максимум характеристики примерно на 10 %. Если пренебречь активной составляющей в проводимости (510 %), то выражение (11, а) приобретает вид (11, б)В этой форме выражение удобно использовать в приближенных расчетах. Расчету любого переходного процесса в электрической системе должен предшествовать расчет нормального режима её работы, т.е. определение  и т. д.По результатам расчетов нормального режима можно построить характеристику мощности генератора  или использовать их в качестве начальных условий при интегрировании дифференциальных уравнений, описывающих переходной процесс в электрической системе, например уравнения (12). Рисунок 4 Определение ЭДС  и фазовых углов  производит следующим образом.При известных потоках мощностей в ветвях рассматриваемой схемы замещения электрической системы задаются напряжением в некоторой ее точке. За такую точку можно принять узел одной из нагрузок, имеющей напряжение U, равное номинальному. Вектор этого напряжения принимают совмещенным с вещественной осью комплексной плоскости. Модуль ЭДС каждой станции  и ее абсолютный фазовый угол зависят при заданном напряжении от падений напряжения в последовательно соединенных элементах схемы  между точкой с напряжением U и точкой приложения ЭДС . При этом можно воспользоваться формулой, определяющей напряжение в начале линии при известном напряжении на ее конце. Рисунок 5  (13)где  - сопротивление участка и мощности, протекающие по нему.Сдвиг вектора  относительно вектора напряжения  находят по формуле: (14)Величина ЭДС  определяется применением формулы (13) на участке приложения , а фазовый абсолютный угол  найдется как сумма фазовых сдвигов векторов напряжений всех участков, вычисленных по формуле (14).Для схемы электрической системы, содержащей несколько электрических станций, векторная диаграмма их ЭДС может быть представлена в виде:  Рисунок 6 Взаимные (относительные) фазовые углы, используемые в выражениях (10), (11), определяются как разности абсолютных  . При определении собственных и взаимных проводимостей схемы замещения предварительно должны быть определены сопротивления или проводимости всех нагрузок. (15) (16)где  - полная мощность нагрузки;
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
хорошо
2 