85522

Расчет устойчивости электрической системы

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

В данной курсовой работе для электрической системы проведены расчеты статической и динамической устойчивости. В частности были рассчитаны идеальные пределы мощности, коэффициенты запаса статической устойчивости в различных случаях регулирования возбуждения.

Русский

2015-03-27

675 KB

9 чел.

Министерство образования Российской Федерации

Южно-Уральский государственный университет

Кафедра ЭССиС

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

Пояснительная записка к курсовой работе

по курсу «Электромеханические переходные процессы»

………………………………………………00 ПЗ

       Нормоконтролер                                                    Руководитель

_____________________                                       Коровин Ю.В.

“___”___________2003 г.                                     “___”___________2003 г.

Автор работы

студент группы Э-403

Михайлов Д.В.

“___”___________2003 г.

Работа защищена

с оценкой

______________________

“___”___________2003 г.

Челябинск

2003


АННОТАЦИЯ

Михайлов Денис Викторович

Расчет устойчивости электрической системы – Челябинск, ЮурГУ, 2003, страниц –  27, рисунков – 17.

В данной курсовой работе для электрической системы проведены расчеты статической и динамической устойчивости. В частности были рассчитаны идеальные пределы мощности, коэффициенты запаса статической устойчивости в различных случаях регулирования возбуждения. Определены действительный предел мощности генераторов при включенном АРВ ПД и область допустимых значений коэффициента усиления АРВ ПД генераторов. Рассчитано как влияют активные сопротивления элементов и зарядная мощность ЛЭП на статическую устойчивость генераторов. Рассчитаны предельный угол и время отключения трехфазного короткого замыкания в начале одной из цепей ЛЭП.


СОДЕРЖАНИЕ

Задание к курсовой работе………………………………………………………. 4

Исходные данные………………………………………………………………… 5

1 Определение идеальных пределов мощности генераторов Г1 и коэф-

фициентов запаса статической устойчивости………………...……….…….  6

  1.  При отключенном АРВ…………………………………………..….... 8
    1.  При включенном АРВ ПД……………………………………….…… 9
    2.  При включенном АРВ СД……………………………………………. 10
    3.  Включено АРВ ПД и учтены активные сопротивления……………. 12
    4.  Включено АРВ ПД и учтена зарядная мощность ЛЭП…………….. 14

2 Определение идеального предела мощности генераторов Г1 при

включенном АРВ ПД…………………………………………………………. 16

3 Определение области допустимых значений коэффициента усиления

АРВ ПД 2.1 Выбор трансформатора………………………………………… 17

4 Расчет динамической устойчивости  системы………………………………. 18

4.1 Трехфазное короткое замыкание…………………………………….. 18

4.2 Двухфазное короткое замыкание на землю…………………………. 23


ЗАДАНИЕ К КУРСОВОЙ РАБОТЕ

1. Для электрической системы, схема которой приведена на рисунке 1, определить идеальные пределы мощности генераторов Г1 первой станции ЭС-1 и коэффициенты запаса статической устойчивости при передаче мощности от первой станции к точке потокораздела, приняв напряжение U0 в ней неизменным, для следующих случаев:

  1.  АРВ отключен;
    1.  Включено АРВ ПД;
    2.  Включено АРВ СД;

Расчет п.п. 1.1 ... 1.3 выполнить по упрощенной и точной методикам без учета активных сопротивлений элементов электрической системы и зарядной мощности линии электропередачи.

По результатам расчета по точной методике построить характеристики активной мощности генераторов Г1.

  1.  Включено АРВ ПД, учитывается активное сопротивление линии электропередачи и не учитывается ее зарядная мощность;
    1.  Включено АРВ ПД, не учитывается активное сопротивление линии электропередачи и учитывается ее зарядная мощность;

Расчет п.п. 1.4, 1.5 выполнить по точной методике.

2. Определить действительный предел мощности генераторов Г1 при включенном АРВ ПД, постоянстве сопротивления нагрузки без учета активных сопротивлений элементов электрической системы и зарядной мощности линий электропередачи.

3. Определить область допустимых значений коэффициента усиления АРВ ПД генераторов Г1 по критерию их статической устойчивости.

4. Выполнить расчет динамической устойчивости системы при трехфазном и двухфазном на землю коротких замыканиях в начале одной из цепей линии электропередачи (определить предельные времена отключения коротких замыканий) при постоянстве ЭДС генераторов Г1 и Г2 за их переходными сопротивлениям, без учета активных сопротивлений элементов электрической системы и зарядной мощности линий электропередачи.


ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

РГ1 = 2200 МВт

 

Т1 = 7,4 с

РГ2 = 2000 МВт

 

Т2 = 8,0 с

ST1 = 2250 МВА

КТ1 = 13,8

              345

uК1% = 11

РН = 2500 МВт

о.е.

ST2 = 2500 МВА

КТ2 = 13,8

              345

uК2% = 11

Р0 = 365 МВт

l = 300 км

К0 = 3,2.

Напряжение в точке потокораздела U0 = 315 кВ.

Параметры линии электропередачи (одна цепь) r/ = 0,054 Ом/км; х/ = 0,328 Ом/км;

b/ = 3,4710-6 1/Омкм.

Рисунок 1 – Схема электрической системы


1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИДЕАЛЬНЫХ ПРЕДЕЛОВ МОЩНОСТИ  ГЕНЕРАТОРОВ Г1 И КОЭФФИЦИЕНТОВ ЗАПАСА СТАТИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ

Для электрической системы, схема которой приведена на рисунке 1, определим идеальные пределы мощности генераторов Г1 первой станции ЭС-1 и коэффициенты запаса статической устойчивости при передаче мощности от первой станции к точке потокораздела. Примем напряжение U0 в точке потокораздела  неизменным.

Расчет будем вести в относительных единицах. Для этого примем следующие базисные величины:

  •  базисное напряжение   UБ = UСР.СТ. = 340 кВ;
  •  базисная мощность       SБ = 1000 МВА.

Составим схему замещения электрической системы:

Рисунок 2 – Схема замещения электрической системы

Определим параметры схемы замещения.

Генераторы Г1:

;      (1)

;                (2)

;                    (3)

.       (4)

Генератор Г2:

;      (5)

;       (6)

;         (7)

.       (8)

Трансформатор Т1:

.       (9)

Трансформатор Т2:

.      (10)

ЛЭП:

;      (11)

;     (12)

(1/Ом);    (13)

;      (14)

;       (15)

.         (16)

Определим параметры режима работы системы.

Активная и реактивная составляющие мощности нагрузки:

;         (17)

.        (18)

Мощность, поступающая к нагрузке от генераторов Г1 станции ЭС-1:

;        (19)

.       (20)

Мощность, поступающая к нагрузке от генератора Г2 станции ЭС-2:

;       (21)

.       (22)

Сопротивление нагрузки:

;   (23)

Дальнейший расчет ведем в относительных единицах, поэтому символ * опускаем.

  1.  АРВ отключено

r = 0; QЗ = 0; U0 = const.

При отключенном АРВ синхронная ЭДС генераторов Г1 Е/q1 = const. Определим ее:

,           (24)

Здесь ,         (25)

где  хd = xdГ1 + хТ1 + хЛ = 3,825 + 0,22 + 0,426 = 4,471.

,

.

 0 = 38,070.

а) точная методика:

Определим идеальный предел мощности:

.       (26)

.

Определим коэффициент запаса статической устойчивости:

.    (27)

б) упрощенная и точная методики совпадают, т.к. АРВ отключено.

  1.   Включено АРВ ПД

r = 0; QЗ = 0; U0 = const.

При включенном АРВ ПД переходная ЭДС генераторов Г1 Е/1 = const. Определим ее:

,           (28)

Здесь ,         (29)

где  х/d = x/ dГ1 + хТ1 + хЛ = 0,616 + 0,22 + 0,426 = 1,262,

,

 

 / = 20,940.

а) точная методика:

Определим идеальный предел мощности:

,      (30)

где ,   (31)

 

Определим максимум полученной зависимости. Для этого найдем первую частную производную по углу и приравняем ее нулю:

 

Решая данное уравнение на ЭВМ получаем = 111,470. Подставим значение в полученную ранее зависимость. Получаем предел мощности:

.

Определим коэффициент запаса статической устойчивости:

.   (32)

б) упрощенная методика:

Определим идеальный предел мощности:

.        (33)

Определим погрешность расчета:

.     (34)

|| < 10% расчет можно проводить по упрощенной методике.

  1.  Включено АРВ СД

r = 0; QЗ = 0; U0 = const.

При включенном АРВ ПД напряжение генераторов Г1 UГ1 = const. Определим его:

,           (35)

Здесь ,         (36)

где  хС = хТ1 + хЛ = 0,22 + 0,426 = 0,646.

,

 

 С = 12,8220.

а) точная методика:

Определим идеальный предел мощности:

,     (37)

где .   (38)

 

Определим максимум полученной зависимости. Для этого найдем первую частную производную по углу и приравняем ее нулю:

 

Решая данное уравнение на ЭВМ получаем = 116,870. Подставим значение в полученную ранее зависимость. Получаем предел мощности:

.

Определим коэффициент запаса статической устойчивости:

.   (39)

б) упрощенная методика:

Определим идеальный предел мощности:

.        (40)

Определим погрешность расчета:

.     (41)

|| < 10% расчет можно проводить по упрощенной методике.

Погрешности отрицательны, что говорит о том, что при расчете по упрощенной методике мы получаем результат несколько меньше, чем есть на самом деле. Т.е. в реальности мы имеем некоторый запас устойчивости. Кроме того,     || < 10%. Все это позволяет сделать вывод, что использование упрощенной методики в расчете устойчивости вполне допустимо.

По результатам расчета п.п. 1.1 .. 1.3 построим характеристики активной мощности генераторов Г1 при различных типах АРВ.

Рисунок 3 – Зависимости Р()при различных типах АРВ.

  1.  Включено АРВ ПД

r 0; QЗ = 0; U0 = const.

При включенном АРВ ПД переходная ЭДС генераторов Г1 Е/1 = const. Определим ее по формуле (28). Для этого найдем :

,       (42)

 

Определим идеальный предел мощности:

,        (43)

где z11, z12 – собственные и взаимные сопротивления соответственно.

Рисунок 4 – Схема замещения

Здесь примем:  ,

         .

Определим собственные и взаимные сопротивления:

,          (44)

,          (45)

Т. к. , то:

,

α11 = 900 – 86,8250 = 3,1750.

.

Определим погрешность расчета:

.     (46)

Предел мощности получился несколько большим, чем при расчете без учета активных сопротивлений. То есть, не учитывая активные сопротивления, мы получаем некоторый запас устойчивости. Постольку, поскольку  || < 10%, то можно сделать вывод, что расчет без учета активных сопротивлений вполне допустим.

Определим коэффициент запаса статической устойчивости:

.   (47)

1.5 Включено АРВ ПД

r = 0; QЗ  0; U0 = const.

Рисунок 5 – Расчетная схема

Определим U1:

,           (48)

Здесь ,       (49)

где  – полная мощность в конце линии с учетом QЗ.

,(50)

,

.

Определим мощность в начале линии:

,         (51)

,    (52)

.

Определим переходную ЭДС генераторов Г1:

,           (53)

(54)

 

Определим идеальный предел мощности по формуле (43). Для этого преобразуем расчетную схему, проведя преобразование :

Рисунок 6 – Преобразование расчетной схемы

,           (55)

.      (56)

В данной схеме не учтены активные сопротивления, следовательно α11 = 0. Поэтому собственное сопротивление находить не будем, т.к. первое слагаемое выражения (43) все равно равен 0.

Определим взаимное сопротивление по формуле (45):

 j1,22.

.

Определим погрешность расчета:

.     (57)

Предел мощности получился значительно меньше, чем без учета зарядной мощности. Постольку, поскольку  || > 10%, то в практических расчетах необходимо учитывать зарядную мощность.

Определим коэффициент запаса статической устойчивости:

.    (58)

2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЕЙСТВИТЕЛЬНОГО ПРЕДЕЛА МОЩНОСТИ ГЕНЕРАТОРОВ Г1 ПРИ ВКЛЮЧЕННОМ АРВ ПД

r = 0; QЗ = 0; U0 = const, Е/1 = const.

Рисунок 7 – Расчетная схема

Переходную ЭДС генераторов Г1 берем из п.п. 1.2: Е/1 = 1,391.

Определим напряжение на выводах генератора Г2:

,           (59)

Здесь                

        (60)

.

Действительный предел мощности:

.        (61)

Определим собственные и взаимные сопротивления:

 

.       (62)

α11 = 900 – 89,780 = 0,220.

 

.       (63)

.

Определим погрешность расчета идеального предела мощности:

.    (64)

Определим коэффициент запаса статической устойчивости:

.    (65)

3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЛАСТИ ДОПУСТИМЫХ ЗНАЧЕНИЙ КОЭФФИ-ЦИЕНТА УСИЛЕНИЯ АРВ ПД ГЕНЕРАТОРОВ Г1 ПО КРИТЕРИЮ ИХ СТАТИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ

r = 0; QЗ = 0; U0 = const.

Коэффициент усиления должен лежать в промежутке:

 ku min < ku < ku max.

ku min принимается равным нулю.

ku max рассчитывается по формуле:

.          (66)

где С1, С2, С3, В1, В3 – значения частных производных в исходном режиме. Найдем их:

,    (67)

,(68)

(69)

,      (70)

,      (71)

,      (72)

.

0 < ku < 5,188.

При работе генераторов на холостом ходу ошибка при поддержании напряжения на выводах генератора в статическом режиме определяется по формуле:

.

Таким образом, видно, что АРВ ПД не справляется, поэтому нужно переходить к АРВ СД.

4 РАСЧЕТ ДИНАМИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ СИСТЕМЫ

r = 0; QЗ = 0; U0 = const, Е/1 = const, Е/2 = const.

Короткое замыкание происходит в начале одной из цепей ЛЭП.

4.1 Трехфазное короткое замыкание

1) Рассмотрим исходный режим.

Составим схему замещения системы в исходном режиме.

Рисунок 8 – Схема замещения системы в исходном режиме

           ,   (73)

   ,     (74)

  .

Определим переходную ЭДС генератора Г2:

,           (75)

Здесь

        (76)

.

Из предыдущих расчетов (п.п. 1.2)

.

/12 = 20,940 – 17,30 = 3,640.

2) Рассмотрим аварийный режим.

Составим схему замещения системы в аварийном режиме.

Рисунок 9 – Схема замещения системы в аварийном режиме

.

Преобразуем расчетную схему, проведя преобразование 

Рисунок 10 – Преобразованная схема замещения системы в аварийном режиме

  ,     (77)

    ,    (78)

.    (79)

Найдем ускорение генераторов Г1 относительно генератора Г2:

,         (80)

где  f =50 – промышленная частота,

       ,     (81)

      ,     (82)

Т.к. при трехфазном КЗ связь с системой нарушается полностью, то .

Найдем собственные сопротивления по формуле (44):

,

 11 = 900 – 900 = 0.

,

 22 = 900 – 70,590 = 19,410.

,

.

 (с),    (83)

 (с).    (84)

Взаимное ускорение генераторов Г1 и генератора Г2:

 (гр/с2).

3) Рассмотрим послеаварийный режим.

Составим схему замещения системы в послеаварийном режиме.

Рисунок 11 – Схема замещения системы в послеаварийном режиме

,   (85)

,      (86)

.

Определим собственные сопротивления по формуле (44):

,

 11 = 900 – 88,820 = 1,180.

 

 22 = 900 – 58,440 = 31,560.

Определим взаимное сопротивление по формуле (45):

,

 12 = 900 – 108,030 = –18,030.

       ,  

      

                .

Взаимное ускорение генераторов Г1 и генератора Г2:

(гр/с2).

На рисунке 12 Построим графики зависимостей  и  :

Рисунок 12 – Графики зависимостей  и  

Найдем аналитически время отключения.

Предельный угол отключения найдем из условия равенства площадок ускорения и торможения (Fу = Fт):

,          (87)

,          (88)

Здесь ,         (89)

где  - предел мощности в послеаварийном режиме.

,                 (90)

  

,

Решая на ЭВМ тождество

получаем откл.пр = 81,660.

Определим время отключения:

 (с), (91)

4.2  Двухфазное короткое замыкание на землю

1) Рассмотрим исходный режим.

Исходный режим был рассчитан в п.п. 4.1 1):

.

        /12 = 20,940 – 17,30 = 3,640.

2) Рассмотрим аварийный режим

Определим собственные и взаимные сопротивления в аварийном режиме.

а) Сопротивление обратной последовательности

Составим схему замещения обратной последовательности

Рисунок 13 – Схема замещения обратной последовательности

.          (92)

б) Сопротивление нулевой последовательности

Составим схему замещения нулевой последовательности

Рисунок 14 – Схема замещения нулевой последовательности

 (93)

Определим добавочное сопротивление:

, (94)

Составим схему замещения системы в аварийном режиме.

Рисунок 15 – Схема замещения системы в аварийном режиме

Преобразуем расчетную схему, проведя преобразование  по формулам (77) (79).

Рисунок 16 – Преобразованная схема замещения системы в аварийном режиме

,

.

Найдем собственные и взаимные сопротивления по формулам (44) и (45):

11 = 900 – 89,820 = 0,180.

22 = 900 – 59,350 = 30,650.

12 = 900 – 106,950 = –16,950.

Определим предельные отключения по формулам (81) и (82):

       ,

      

                .

Определим взаимное ускорение генераторов Г1 и генератора Г2 по формуле (80):

(гр/с2).

3) Рассмотрим послеаварийный режим.

Послеаварийный режим был рассчитан в п.п. 4.1 3):

(гр/с2).

На рисунке 17 Построим графики зависимостей  и  :

Рисунок 17 – Графики зависимостей  и  

Определим предельный угол отключения. Для этого сначала определим на ЭВМ критический угол.

δкр= 143,65º,

.

Проинтегрировав, получим:

δотк пр= 116,82º.

Углы ускорения и торможения соответственно равны:

δуск= 58,3º, δторм= 99,05º,

Вычислим площади площадок ускорения и торможения:

Определим предельное время отключения методом последовательных интервалов:

,

,  .

Интервал 1:

;

;

.

Интервал 2:

;

;

.

Интервал 3:

;

;

.

Интервал 4:

;

;

.

Интервал 5:

;

;

.

Интервал 6:

;

;

.

На рисунке 18 изобразим полученную зависимость.

Рисунок 18 – Зависимость времени отключения от угла .

Из графика видно, что при  =>  , то есть время отключения двухфазного на землю к.з много больше времени отключения 3х фазного к.з. Это связано с тем, что при 1,1ф. замыкании связь с системой еще остается и по здоровой фазе генератор вырабатывает мощность, которая пропорциональна тормозящему электромагнитному моменту.


Список литературы

  1.  Справочник по проектированию электроэнергетических систем / В.В. Ершевич, А.Н. Зейлигер, Г.А. Илларионов и др.; Под ред. С.С. Рокотяна и И.М. Шапиро.–3-е изд., перераб. и доп.–М.: Энергоатомиздат, 1985.–352 с.

  1.  Неклепаев Б. Н., Крючков И. П. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: Учеб. Пособие для вузов. – 4-е изд., перераб. и доп. –М.: Энергоатомиздат, 1989.– 608 с.: ил.

  1.  Рожкова Л.Д., Козулин В.С. Электрооборудование станций и подстанций: Учебник для техникумов. – 3-е изд., перераб. и доп.–М.: Энергоатомиздат, 1987. – 648 с.: ил.

  1.  Веников В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах. – М:. Высшая школа, 1978.   

  1.  Стандарт предприятия. Курсовое и дипломное проектирование. Общие требования к оформлению СТП ЮУрГУ 04-2001/Составители: Сырейщикова Н. В., Гузеев В. И. Сурков И. В., Винокурова Л. В., – Челябинск: ЮУрГУ, 2001. – 49 с.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

83120. Имя прилагательное как часть речи в русском и английском языках. Изменение имён прилагательных по родам и числам. Сравнение категории числа имени прилагательного в русском и английском языках 58.5 KB
  Цель: обобщить и систематизировать знания учащихся об имени прилагательном развивать умения распознавать имена прилагательные в русском и английском языках определять род и число прилагательного в русском языке и невозможность определения категории числа в английском.
83121. Путешествие с Планетой. Мой дом – моя Родина 549.5 KB
  Основные понятия и термины урока: Планета Земля вселенная планеты солнечной системы Родина страна столица мой город компас горизонт карта план местности экология экологические проблемы. Кто пришел к нам в гости Правильно к нам в гости пришла Планета Земля. Планета Земля подготовила для вас вопросы и задания.
83122. Різноманітність рослин у природі. В.О.Сухомлинський «Верба над ставком» 110 KB
  Формувати уявлення про різноманітність рослинного світу про водорості мохи хвощі папороті хвойні рослини квіткові рослини уміння розрізняти окремі рослини цих груп розуміти цінність їх у природі; виробляти уміння узагальнювати робити висновки оцінювати результати діяльності...
83123. Внеклассное чтение о дружбе, товариществе «Умею ли я дружить?» 72 KB
  Цели урока: развивать навыки чтения, связную речь, мышление, память, внимание и умение работать в быстром темпе, умение работать самостоятельно и формировать навыки контроля и самоконтроля; способствовать развитию у учащихся чувства гуманности, сопереживания, сплочению классного...
83124. Письмове віднімання чисел без переходу через десяток. Прості задачі на віднімання 224.5 KB
  Мета. Ознайомити учнів із прийомами письмового віднімання трицифрових чисел без переходу через розряд; удосконалювати вміння учнів розв’язувати прості задачі на дію віднімання та задачі, що включають суми двох і трьох доданків; розвивати логічне мислення, математичне мовлення...
83125. Число і цифра 8. Написання цифри 8. Порівняння чисел в межах 8 87 KB
  Мета. Ознайомити учнів із числом 8, пояснити утворення числа 8 додаванням одиниці до попереднього числа; закріпити знання взаємозв’язку між частиною і цілим; вчити користуватися у мовленні числівниками; розвивати логічні мислення учнів, пам’ять, уважність, спостережливість...
83126. Текст. Типи текстів 1.3 MB
  Мета: закріпити вміння учнів визначати тип тексту складати тексти різних типів удосконалювати навички побудови звязного тексту стимулювати пізнавальну активність; розвивати усне й писемне мовлення; розвивати уяву память увагу; вміння самоаналізу результатів роботи...
83127. Я и Украина. Гражданское образование 210 KB
  Цель: формировать у детей представление о добре, доброте, о хороших, добрых поступках; расширять знания учащихся о роли доброты в жизни каждого человека. Задачи урока Раскрыть смысл понятия «доброта». Помочь детям задуматься о разных сторонах жизни и свойствах человеческого характера.
83128. Заходь у гості, щедра осінь 371.5 KB
  Мета. Формувати читацькі інтереси. Вчити дітей бачити красу рідного краю, вміти милуватися нею. Збагачувати словниковий запас, розвивати спостережливість, бажання пізнавати й передавати словами красу осені. Виховувати інтерес до книги, любов і бережне ставлення до природи.