98748

РАСЧЁТ ПЕРЕХОДНЫХ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ

Курсовая

Энергетика

Расчёт динамической устойчивости ЭЭС при неизменной переходной ЭДС генератора. Оценка статической устойчивости электрической системы на основе анализа характеристического уравнения. Оценка устойчивости системы по критерию Гурвица.

Русский

2015-11-06

6.16 MB

0 чел.

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

ИВАНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ имени В.И.Ленина

КУРСОВАЯ РАБОТА

НА ТЕМУ:

" РАСЧЁТ ПЕРЕХОДНЫХ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В   ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ "

Выполнил: студент группы 3-24

Воробьев А.О.

Проверил:

Мартиросян А.А.

Кафедра “Электрические системы”

Иваново 2006 г.

Вариант №161

Дано:

Активные и реактивные мощности эквивалентного генератора станции и нагрузки, напряжения эквивалентного генератора станции.

.                          Параметры системы

Данные эквивалентного генератора.

Синхронные сопротивления:

Переходное сопротивление:

Сопротивление обратной последовательности эквивалентного генератора:

Постоянная инерции:

Коэффициент демпфирования:

Постоянная времени обмотки возбуждения:

Сопротивление трансформатора:

Сопротивление линии:

Сопротивление автотрансформатора:

Параметры системы регулирования возбуждения эквивалентного генератора.

Коэффициент по отклонению напряжения:

Коэффициент по отклонению угла:

Постоянная времени возбудителя и регулятора:

 Данные о коротком замыкании.

Место короткого замыкания точка К1.

Вид КЗ: Двухфазное на землю.

Длительность КЗ                  

Сопротивление нагрузки обратной последовательности:

Сопротивление нагрузки нулевой последовательности:

Сопротивление  нулевой последовательности линии:    

1. Расчёт динамической устойчивости ЭЭС при неизменной переходной ЭДС

                                                             генератора.

1.1 Нормальный режим.

Расчётная переходная ЭДС:

Напряжение в точке подключения нагрузки:

Сопротивление нагрузки, заданной активными и реактивными мощностями:

Сопротивление связи:

Потери мощности:

Активная и реактивная мощности, выдаваемые в систему по двум параллельным ЛЭП:

Напряжение на шинах приёмной системы:

1.2 Аварийный режим.

Двухфазное замыкание на землю в точке

Рассчитываем обратную и нулевую последовательность для нахождения аварийного шунта.

            Обратная последовательность.

Сворачиваем схему к месту короткого замыкания.

Нулевая последовательность.

1.3Построение угловой характеристики

Расчёт ведём на ЭВМ в программе RRSwin1

Изменяя угол находим и вписываем эти значения в таблицу 1.1 .

угол δ

Нормальный режим                    РГ Ι

Аварийный режим                РГ ΙΙ

Послеаварийный режим                  РГ ΙΙΙ

0

0.0794

0.0056

0.101

10

0.356

0.0792

0.333

20

0.622

0.15

0.557

30

0.871

0.217

0.765

40

1.09

0.277

0.951

50

1.29

0.329

1.11

60

1.44

0.371

1.24

70

1.55

0.402

1.33

80

1.61

0.421

1.38

90

1.63

0.426

1.39

100

1.6

0.419

1.37

110

1.52

0.4

1.3

Продолжение таблицы 1.1

120

1.39

0.368

1.19

130

1.23

0.325

1.05

140

1.03

0.273

0.88

150

0.794

0.212

0.684

160

0.539

0.145

0.469

170

0.268

0.073

0.241

180

0.00969

0.000684

0.00782

Пример: Нормальный режим.

Аварийный режим

Послеаварийный режим

По полученным данным для трёх режимов, строим угловую характеристику

Из графика находим предельный угол отключения, уравновешивая площадки ускорения и торможения.

1.4Построение зависимости угла  от времени.

Графически добиваемся - предельный угол отключения.

-устойчивый режим

-неустойчивый режим

Для определения функции 0(t) (угла от времени) воспользуемся методом последовательных интервалов.

Длительность расчетных интервалов примем равной 0,1с.

 

Для 1-го интервала определим

Избыток мощности в начале интервала:    

Угол в начале первого интервала:

Приращение угла за интервал:

Угол к концу первого интервала:

Для 2-го интервала определим

Избыток мощности в начале интервала:    

Приращение угла за интервал:

Угол в начале второго интервала:

Угол к концу второго интервала:

Для 3-го интервала определим

Избыток мощности в начале интервала:    

Приращение угла за интервал:

Угол в начале третьего интервала:

Угол к концу третьего интервала:

Для 4-го интервала определим

Избыток мощности в начале интервала:    

Приращение угла за интервал:

Угол в начале четвёртого интервала:

Угол к концу четвёртого интервала:

График зависимости угла от времени.

Из графика зависимости движения ротора от времени находим и сравниваем его с :

;

Вывод: т.к. время короткого замыкания больше предельного времени отключения  то система будет  динамически неустойчива.

2. Оценка статической устойчивости электрической системы на основе анализа характеристического уравнения.

Исследуемая схема

Представляем генератор синхронными расчетными параметрами:

Определяем синхронную ЭДС:

В программе RRS.win задаем полученную ЭДС и регулируем угол до тех пор пока активная мощность генератора не совпадет с заданной. .Получаем

Исходный режим.

0.84

2.11

0.972

1.0

2,34

1.07

0.84

2.11

0.972

1.0

2,34

1.07

Вариации режима.

0.885

2.37

1.03

1.02

2,457

1.098

0.867

2.1

0.994

0.989

2,34

1.057

для:          

для

Изменение режимных параметров.

Аргументы

0.045

0.058

0.028

0,117

0.02

0.027

0.0022

-0.013

0

-0.011

Знчения частных производных

Аргументы

∂Рг

∂I

∂Uг

∂Eq

∂E'q

∂EQ

0.3846

0.4957

0.1709

1

0.2393

∂δ

0.5744

0,047

-0.234

0

-0.2766

        

Система уравнений первого приближения для рассматриваемой  ЭЭС с неявнополюсным генератором имеет вид:

Таким образом, имеем шесть уравнений первого приближения с шестью переменными. Подставив числовые значения коэффициентов, получим:

Составляем характеристический определитель:

Раскрываем его в пакете MATHCAD и приравниваем к нулю. Получаем  характеристическое уравнение.

Решаем это уравнение в том же пакете MATHCAD:

;  ;     ;  

Таким образом, получили пять корней характеристического уравнения, у одного из них вещественная часть положительна. Следовательно, ЭЭС в заданном исходном режиме статически неустойчива.

2.4 Оценка устойчивости системы по критерию Гурвица.

Составляем определитель по методу Гурвица и определяем его диагональные миноры:

Получили одну перемену знака, что соответствует наличию одного корня с положительной вещественной частью, значит, система статически неустойчива.

Для обеспечения статической устойчивости необходимо либо снизить мощность турбины (уменьшить подачу энергоносителя), либо “поднять” угловую характеристику генератора (за счет увеличения напряжения на его шинах при использовании АРВ). Второй способ имеет ограничения в виде предельного тока возбуждения и условия прочности изоляции.

  1.  Уравнение движения ротора.

  1.  Уравнение связи между синхронной (EQ) и переходной (E`Q) ЭДС.
  2.  Уравнение переходного процесса  в обмотке возбуждения. 
  3.  Уравнение связи параметра регулирования с режимными параметрами (для напряжения генератора) 

  1.  Уравнение регулирования (по отклонению напряжения и производным угла).

Составляем характеристический определитель

Переходный процесс при малых возмущающих воздействиях описывается уравнениями (1), (2), (3), (4), (5). В данных уравнениях переменными являются отклонения , , ,  и .

Раскрываем определитель  в программе Mathcad (все математические вычисления ведём в данной программе) и получаем характеристический полином

Пример решения в программе Mathcad:

Характеристический полином:

Приравниваем его к нулю

Находим корни

Система статически устойчива, так как  все корни лежат в левой части комплексной плоскости.

Проверим статическую устойчивость по критерию Гурвица

Для устойчивости достаточно, чтобы все определители Гурвица были больше нуля и

Составим определитель Гурвица

умножаем обе части уравнения на (-1)

По критерию Гурвица система тоже статически устойчива т.к.  все определители больше  нуля.

3. Определение запаса апериодической статической устойчивости ЭЭС.  

Исследуемая схема

Представим генератор синхронными параметрами

В данном случае утяжеление режима производится увеличением взаимного угла 12 между поперечной осью ротора эквивалентного генератора и вектором напряжения системы UС. Это равносильно увеличению выдаваемой эквивалентным генератором станции активной мощности.

В рассматриваемой системе предел передаваемой активной мощности совпадает с пределом статической устойчивости. Поэтому для выявления запаса устойчивости определяется предел передаваемой активной мощности по зависимости P = f ().

Изменяем угол, с шагом в 150  

Для каждого угла  находим

Т.к АРВ воздействует на

Задаём и рассчитываем несколько режимов в программе RRS.WIN

Первый режим

и  

1 строка таблицы

Следующие строки рассчитываются аналогично

1.373

0.98873

1.0078

1.6178

0.9

1.38

1.0041

1.0099

1.6273

1.626

1.627

0.905

1.4

1.0484

1.016

1.65

1.1258

0.918

1.42

1.0936

1.0221

1.6818

0.427

0.931

1.5

1.283

1.0464

1.7908

-1.484

0.985

Второй режим  

Увеличиваемна .

1 строка таблицы

1.373

1.2734

0.94849

1.6883

6.66

1.1483

1.4

1.3387

0.956

1.725

6.04

1.2565

1.58

1.8136

1.0066

1.97

1.9

1.95

1.325

1.59

1.842

1.0095

1.983

1.658

1.333

1.6

1.8706

1.0123

1.997

1.429

1.342

 Третий режим

Увеличиваемна .

1 строка таблицы

1.373

1.5904

0.877

1.7668

12.52

1.2996

1.6

2.24

0.934

2.076

7.85

1.58

1.85

3.0823

0.9999

2.416

2.446

2.43

1.76

1.87

3.155

1.0053

2.44

2

1.78

1.9

3.27

1.0134

2.485

1.339

1.81

Четвертый режим

Увеличиваемна .

1 строка таблицы

1.9

3.7447

0.91

2.57

9.75

1.898

2.2

5.0356

0.98579

2.97

3.6

2.2

2.23

5.1785

0.99353

3.02

2.968

3

2.235

2.25

5.2728

0.99871

3

2.54

2.256

2.3

5.5124

1.0117

3.115

1.47

2.307

Пятый режим

Увеличиваемна.

1 строка таблицы

2.705

8.3392

0.98428

3.753

3.72

3.735

2.67

2.72

8.43

0.98818

3.77

3.4

2.686

2.73

8.489

0.99078

3.78

3.19

2.696

2.75

8.6097

0.996

3.81

2.7658

2.716

2.8

8.9153

1.0091

3.88

1.6187

2.7676

Шестой режим

Увеличиваемна.

1 строка таблицы

3

10.681

0.96138

4.21

5.6

2.822

3.05

11.021

0.9746

4.278

4.5

2.8707

3.06

11.09

0.97726

4.292

4.3

4.295

2.88

3.1

11.367

0.98792

4.346

3.42

2.919

Седьмой режим

Увеличиваемна.

1 строка таблицы

3.4

14.07

0.96291

4.8

5.479

2.9492

3.43

14.304

0.97118

4.84

4.8

4.83

2.976

3.45

14.461

0.9767

4.875

4.34

2.994

Восьмой режим

Увеличиваемна.

1 строка таблицы

3.78

17.688

0.96268

5.37

5.49

2.9057

3.785

17.732

0.96412

5.3778

5.379

5.378

2.909

3.8

17.862

0.96884

5.398

4.99

2.9218

Девятый режим

Увеличиваемна.

1 строка таблицы

4.1

21.06

0.95534

5.84

6.099

2.653

4.11

21.155

0.95835

5.86

5.85

5.858

2.66

4.13

21.346

0.96437

5.88

5.35

2.674

4.15

21.538

0.9704

5.91

4.865

2.688

Далее графически строим зависимости идля девяти режимов.

Находим точки пересечения графиков и заполняем итоговую таблицу.

38.863

1.38

0.905

1.01

1.627

55

1.58

1.325

1.0066

1.95

70

1.85

1.76

0.999

2.43

85

2.23

2.235

0.993

3

100

2.705

2.67

0.984

3.735

110

3.06

2.88

0.977

4.295

120

3.43

2.976

0.971

4.83

130

3.785

2.909

0.964

5.378

140

4.11

2.66

0.958

5.858

По этой таблице строим графические зависимости: ,,

Коэффициент запаса апериодической статической устойчивости по активной мощности определяется следующим образом:

где: Pпр – предел передаваемой мощности;

       PГ0 – нагрузка генератора по активной мощности в исследуемом режиме.

Нормированное значение коэффициента запаса статической устойчивости составляет 0.2

0.696>0.2

Вывод: Данный режим работы генератора по условиям апериодической статической устойчивости допустим.

4. Исследование устойчивости системы с применением ЭВМ

4.1 Нахождение собственных и взаимных провдимостей

Генератор представляем синхронными параметрами

,,,

Найдем собственную и взаимные проводимости:

Нормальный режим.

Аварийный режим.

Послеаварийный режим.

4.2 Расчёт статической устойчивости на ЭВМ.

В программе SSS.exe проверяем правильность расчётов статической устойчивости произведённых в разделе 2. Для этого заносим в программу исходные данные, производим расчёт, и сравниваем полученные результаты, рассчитанные по программе и во  втором разделе данного курсового проекта.

1.Частные производные уравнений первого приближения:

         

2. Коэффициенты характеристического уравнения:

3. Корни характеристического уравнения:

Сравнивая полученные результаты, видим, что отклонения в полученных результатах не велики. Значит, расчёт произведен, верно.

4.Таблица утяжеления режима:

Находим предельный угол, при котором система статически устойчива утяжеляя систему по углу .Этот угол составил

При угле статическая устойчивость нарушается, о чём свидетельствуют корни характеристического уравнения:

Из третьего раздела данной работы  известно, что , при этом угле мощность которую можно передать системе будет максимальной . Чтобы обеспечить апериодическую устойчивости в данном режиме, будем регулировать коэффициенты К1 и К2 системы АРВ.

Этими коэффициентами я сумел добиться пограничного положения по апериодической статической устойчивости т.к корень .

4.2 Исследуем влияние АРВ на динамическую устойчивость.

Для этого в программе MIC (Dinust) на ЭВМ заносим необходимые данные и произведя расчёт находим предельное время отключения методом подбора без АРВ и с АРВ. После чего сравниваем их  с результатами полученными в первом разделе.

Ниже приведены кривые. Динамическая устойчивость наблюдается при времени равным  0.38 с. (без учета влияния АРВ) и времени 0.45 с (с учета влияния АРВ).

Таким образом, влияние АРВ благоприятно сказывается на динамической устойчивости, увеличивая время предельного отключения, и запас динамической устойчивости.

С АРВ.  Время отключения 0.46 с.

С АРВ.  Время отключения 0.45 с.

 

Без АРВ Время отключения 0.38 с.

Без АРВ Время отключения 0.38 с.

Заключение

  Данная курсовая работа по переходным электромеханическим процессам в электрических системах посвящена анализу синхронной динамической и статической устойчивости простейшей регулируемой электрической системы, эквивалентный генератор которой снабжён автоматическим регулятором возбуждения сильного действия (АРВ) (учитывалось только при анализе статической устойчивости).

При выполнении курсовой работы были выполнены следующие задачи:

  •  уяснен смысл  физических явлений, сопутствующих переходным электромеханическим процессам;
    •  приобретены  навыки  математической формулировки технических задач;
    •  освоены методы расчёта статической и синхронной динамической устойчивости электрических систем (метод интервалов, метод проб);
    •  получены навыки составления характеристического уравнения состояния системы;
    •  освоен метод Гурвица для определения устойчивости системы по характеристическому уравнению;
    •  получены навыки применения современных вычислительных машин для анализа переходных электромеханических процессов.

В процессе выполнения данной работы были получены следующие результаты:

  •  при расчёте синхронной динамической устойчивости выяснили, что исследуемая электрическая система  является динамически устойчивой;
    •  при оценке статической устойчивости системы выяснили, что исследуемая электрическая система является статически устойчивой;
    •  при определении запаса апериодической статической устойчивости системы был получен коэффициент запаса статической устойчивости по активной мощности, равный 0.696 ,что выше нормированного значения коэффициента запаса статической устойчивости по активной мощности.

Навыки, полученные в ходе выполнения работы, будут полезны при проектировании и анализе работы электрических систем.

Список литературы

  1.  Правила устройства электроустановок. – 6-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 648 с.
  2.  Веников В. А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах: Учеб. для электроэнергет. спец. вузов. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1985. – 536 с., ил.
  3.  Жданов П. С. Вопросы устойчивости электрических систем / Под ред. Л. А. Жукова. – М., Энергия, 1979. – 456 с., ил.
  4.  Ульянов С. А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах. – М.-Л.: Энергия, 1964. – 704 с.
  5.  Вольдек А. И. Электрические машины. Учебник для студентов высш. техн. учеб. заведений. Изд. 3-е, перераб. Л.: Энергия. 1978. – 832 с.
  6.  Д. П. Ледянкин, Е. В. Шабарин. Расчёт переходных электромеханических процессов в электрических системах: Учеб. пособ. – Иваново, 1979. – 32 с.
  7.  Расчёт и анализ режима несимметричного короткого замыкания в электрической системе: Методические указания / Иван. энерг. ин-т им. В. И. Ленина; Сост. В. П. Гусаков. – Иваново, 1989. – 36 с.
  8.  Расчётные параметры синхронных машин: Методические указания для самостоятельной работы студентов / Иван. энерг. ин-т им. В. И. Ленина; Сост. А. А. Братолюбов. – Иваново, 1990. – 44 с.
  9.  Условные графические обозначения в электрических схемах и на планах: Методические указания по оформлению материалов курсового и дипломного проектирования / Иван. энерг. ин-т им. В. И. Ленина; Сост. С. О. Алексинский, О. А. Бушуева, В. С. Козулин, Н. Л. Петров. – Иваново, 1992. – 32 с.
  10.  Пояснительная записка, чертежи и схемы: Методические указания по оформлению материалов курсового и дипломного проектирования / Иван. энерг. ин-т им. В. И. Ленина; Сост. О. А. Бушуева, О. В. Лебедев. – Иваново, 1992. – 28 с.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

70827. Дослідження аналогової інтегральної мікросхеми 597 KB
  Експериментальне визначення параметрів не потребує знання схеми і може бути здійснено як для будь-якого чотириполюсника шляхом вимірювання струмів і напруг вхідного і вихідного сигналів.
70828. Счетчик импульсов 130 KB
  Цель: исследование работы счетчика импульсов. Приборы: модель счетчика импульсов СИ блок питания на 5В БП5 соединительные провода. Подсоединить провода питания 5В к выходу БП5 и к входу модели счетчика импульсов СИ. Однократным нажатием на кнопку Счет прибора СИ подаем импульс на вход счетчика.
70829. Децимация и интерполяция 104 KB
  Выполнение процедуры децимации (уменьшения частоты дискретизации в заданное целое число раз) приводит к уменьшению частоты дискретизации исходной последовательности. В процессе децимации исходная последовательность обрабатывается НЧ фильтром, после чего производится выборка с необходимой частотой.
70830. Функции реализуемые АЛУ 112 KB
  Изучить назначение и состав узла АЛУ на примере ИМС К155ИПЗ и К 561 ИПЗ. В состав различных серий микросхем лежащих в основе МП входят стандартные узлы арифметическо-логических устройств АЛУ например К 155 ИПЗ К 561 ИПЗ. Кроме того имеются вход Р0 и выход Р сигналов переноса...
70831. Изучение видов сигналов с помощью программной среды MatLab 167.5 KB
  Функция у = rectpuls(t) формирует прямоугольный импульс единичной амплитуды для заданной в векторе t последовательности отсчетов времени. Генерируется импульс с шириной 1, центрированный относительно t=0.
70834. Обработка результатов измерений. Оценка погрешностей 494 KB
  Принято различать приборные погрешности обусловленные точностью измерительного прибора и его настройки и погрешности случайные вызванные неконтролируемыми внешними воздействиями может быть даже воздействием самого прибора. Причиной появления погрешности может быть и несовершенство принятой модели.
70835. Дослідження тягових електромагнітів 886 KB
  Електромагніти є основою багатьох електротехнічних пристроїв. Вони дуже різноманітні за призначенням і конструктивним виконанням. Значна частина електромагнітів використовується для здійснення поступального або обертового переміщення, для створення утримуючої сили.