99212

Исследование устойчивости в электроэнергетической системе

Курсовая

Энергетика

Составление схемы замещения ЭЭС для нормального режима с представлением генератора переходными параметрами. Ручной расчет параметров этого установившегося режима и сопротивления нагрузки. Предполагается, что найденные величиныбудут оставаться неизменными на протяжении всего цикла динамических переходов, включая нормальный, аварийный и послеаварийный режимы.

Русский

2016-08-06

1.07 MB

0 чел.


Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ИВАНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени В.И. Ленина»

Курсовая работа по дисциплине

«Переходные процессы ч. 2» на тему:

«Исследование устойчивости в электроэнергетической системе»

Выполнил:

студент группы IV-22х

Латышев Н.

Проверил:

Огорелышев Н.А.

Иваново 2006

Исходные данные

                                           Схема исследуемой сети показана на рис. 1.

Вариант 216

Рис.1. Схема исследуемой сети

Исходные данные для расчёта устойчивости ЭС.

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

Рго = 0,82 о.е. , Qго = 0,48 о.е. , Uго = 1,0 о.е. , Рн = 0,14 о.е. , Qн = 0,089 о.е.

Параметры системы:

Трансформаторы:

Сопротивление трансформатора: xт = 0,107 о.е.,

Сопротивление автотрансформатора: xат = 0,082 о.е.

Линия:

Сопротивление линии: xл = 0,19 о.е.,

Сопротивление нулевой последовательности линии: xло =о.е.

Нагрузка:

Сопротивление нагрузки обратной последовательности: xн2 = 2,66 о.е.,

Сопротивление нагрузки нулевой последовательности: xно = 1,97 о.е.

Эквивалентный генератор:

Синхронные сопротивления: xd = 1,02 о.е. , xq = 0,67 о.е.,

Переходное сопротивление: xd = 0,33 о.е.,

Сопротивление обратной последовательности эквивалентного генератора: xг2 = 0,259 о.е.,

Постоянная инерции: Тj = 11,4 с,

Коэффициент демпфирования: D = 1,27 о.е.,

Постоянная времени обмотки возбуждения: Тв = 6,7 с.

АРВ:

Коэффициент по отклонению напряжения: КOU = 94,

Коэффициенты по производным угла: = 2,2 , = 0,7.

Постоянная времени возбудителя и регулятора: Те = 0,095 с.

Данные о КЗ:

Место короткого замыкания точка К2,

Вид КЗ: 1фазное (К(1)),

Длительность КЗ: tкз = 0,5 с.

    1. Определение динамической устойчивости простейшей системы

      Составление схемы замещения ЭЭС для нормального режима с представлением генератора переходными параметрами. Ручной расчет параметров этого установившегося режима и сопротивления нагрузки. Предполагается, что найденные величиныбудут оставаться неизменными на протяжении всего цикла динамических переходов, включая нормальный, аварийный и послеаварийный режимы.

1.1. Определение режимных параметров в установившемся режиме.

Расчетная переходная ЭДС:

;                                                                                   (1.1)

(о.е.).

Напряжение в точке подключения нагрузки:

;                                                                                     (1.2)

(о.е.).

Сопротивление нагрузки, заданной активной и реактивной мощностями:

;                                                                                                          (1.3)

.

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

;                                                                                                                              (1.4)

.

.

;

.

;   Р = 0,82 – 0,14 – 0 = 0,68.

;  Q = 0,48 – 0,089 – 0,0965 = 0,2945.

Напряжение на шинах приемной системы:

;                                                                                             (1.4)

.

  Определение начального значения фазового угла синхронной ЭДС.

1.2. Расчет угловой характеристики мощности генератора для нормального режима с применением программы RRSwin. Представление результатов в виде таблицы и графика на миллиметровой бумаге с ручным построением последних. Отдельные точки построенного графика юллюстрируются распечатками их программы RRSwin.

       Угловой характеристики мощности генератора для нормального режима показаны в табл.1.1.

         Табл.1.1.

Угол

0

10

20

27

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

160

170

180

Pг()

0.05

0.34

0.69

0.81889

0.89

1.13

1.341

1.51

1.62

1.69

1.71

1.68

1.6

1.47

1.29

1.08

0.84

0.56

0.28

0.015

График угловой характеристики показан на рис. П-2.

Отдельные точки построенного графика юллюстрируются распечатками их программы RRSwin и ноказаны на рис. 1.2,1.3,1.4.

Рис. 1.1

Рис.1.2

                                                            Рис. 1.3

     1.3. Расчет сопротивления аварийного шунта для однофазного короткого замыкания.

1.3.1. Составление схемы замещения для токов обратной последовательности и определение эквивалентного сопротивления.

       Схема замещения для токов обратной последовательности представлена на рис.1.4

      Рис.1.4. Схема замещения для токов обратной последовательности представлена.

1.3.2. Составление схемы замещения для токов нулевой последовательности и определение эквивалентного сопротивления.

       Схема замещения для токов нулевой последовательности представлена на рис.1.5

Рис.1.5

1.3.3. Определение аварийного шунта для однофазного КЗ.

1.4. Расчет угловой характеристики мощности генератора для аварийного режима с применением программы RRSwin. Представление результатов в виде таблицы и графика на миллиметровой бумаге с ручным построением последних. Отдельные точки построенного графика юллюстрируются распечатками их программы RRSwin.

       Угловой характеристики мощности генератора для аварийного режима показаны в табл.1.2.

         Табл.1.2.

Угол

0

10

20

27

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

160

170

180

Pг()

0,039

0,231

0,423

0.55102

0,603

0,764

0,903

1,015

1,097

1,145

1,159

1,138

1,083

0,996

0,879

0,735

0,569

0,3874

0,1936

0,005

График угловой характеристики показан на рис. П-2.

Отдельные точки построенного графика юллюстрируются распечатками их программы RRSwin и ноказаны на рис. 1.5,1.6,1.7.

Рис.1.5

Рис.1.6

Рис.1.7

      1.5. Расчет угловой характеристики мощности генератора для послеаварийного режима с применением программы RRSwin. Представление результатов в виде таблицы и графика на миллиметровой бумаге с ручным построением последних. Отдельные точки построенного графика юллюстрируются распечатками их программы RRSwin.

       Угловой характеристики мощности генератора для послеаварийного режима показаны в табл.1.3.

         Табл.1.3.

Угол

0

10

20

27

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

160

170

180

Pг()

0,048

0,322

0,567

0.73014

0,796

1,002

1,178

1,398

1,422

1,481

1,497

1,468

1,396

1,282

1,13

0,945

0,732

0,4976

0,249

0,0062

График угловой характеристики показан на рис. П-2.

Отдельные точки построенного графика юллюстрируются распечатками их программы RRSwin и ноказаны на рис. 1.8,1.9,1.10.

Рис.1.8

Рис.1.9

Рис.1.10

     1.6  Построение на графиках прямой, соответствующей неизменной мощности турбины Рт=Рто. С помощью этого мы можем графически определить начальное значение угла положения вектора переходной ЭДС (ротора генератора). Это значение составляет 27 град.

Графическое определение методом площадей предельного угла отключения показало, что этот угол в нашем случае не существует. Поэтому оцениваем максимальное значение угла при синхронных качаниях ротора в аварийном режиме. Это значение составляет 64 град.

    1.7  Решение уравнения движения ротора генератора вручную методом последовательных интервалов для аварийного режима до достижения максимальное значение угла при синхронных качаниях ротора при длительности интервала 0,1 сек. Избыточные мощности при этом определяются в ручную.

Приращение угла на первом интервале составляет

где - избыточная мощность в момент КЗ.

Угол в конце первого итервала и в начале второго.

     

Дальнейшие вычисления ведутся аналогично.

Изображение максимального значения угла при синхронных качаниях ротора показано на рис. П-3.

   Устойчивость ЭЭС является одним из важных факторов, влияющих на развитие ее схемы, настройку устройств автоматики и выбор режимов работы ЭЭС. Это объясняется тем, что работоспособность системы в целом ряде случаев определяется ее устойчивостью.

Потеря устойчивости может привести к системным авариям с нарушением электроснабжения обширных районов. Поэтому исследование устойчивости ЭЭС проводится как при проектировании ее развития, так и при эксплуатации.

   В этой работе мы исследовали устойчивость ЭЭС в установившемся, аварийном и послеаварийном режимах, исследовали устойчивость при утяжелении режима путем увеличения фазового угла синхронной ЭДС. В результате графического определения

получили начальное значение угла положения вектора переходной ЭДС (ротора генератора), методом площадей мы получили значения критического угла отключения КЗ.

2. Оценка устойчивости системы на основе анализа характеристического уравнения

2.1. Составление схемы замещения ЭЭC  и расчет величины синхронной ЭДС.

Схема замещения ЭЭC для исходного (исследуемого) режима с представлением генератора синхронными параметрами показана на рис.2.1

 

Рис.2.1

Представляем генератор синхронными расчетными параметрами:

Определяем синхронную ЭДС:

                                                                                            (2.1)

Дальнейшие вычисления по схеме замещения аналогичны, как и в первой части.

Определим новое значение начального фазового угла синхронной ЭДС.

  Определение начального значения фазового угла синхронной ЭДС.

                                                      (2.2)

Используя программный пакет RRSwin получаем, что наиболее точное значение начального фазового угла синхронной ЭДС составляет 36,74 град.

Распечатка из программы RRSwin со значением синхронной ЭДС и пересчитанным углом  показана на рис.2.2.

Рис.2.2

2.2 Описание переходных процессов в ЭЭС при малых возмущениях исходного режима ее работы путем составления системы уравнений первого приближения с рассчитанными числовыми коэффициентами. Формирования характеристического определителя.

Системы уравнений первого приближения для гидрогенератора, снащенного АРВ, имеет вид:

(2.3)

(2.4)

(2.5)

(2.6)

(2.7)

Аргументы

Pго

Qго

Iо

Uго

Eqо

E`qo

Eq0=1.4312

=36.74 град

0,82

1,118

0,96876

0,98562

1,704

1,1656

Eq0=1.4312

=36.74 град

0,82

1,118

0,96876

0,98562

1,704

1,1656

2.2.1 С помощью программы RRSwin определяем параметры исходного режима. Полученные результаты заносим в табл. 2.1.

                                                                                                                                       Табл. 2.1

При этом ЭДС рассчитываются по формулам:

                                                                                                      (2.8)

                                                                                                    (2.9)

      2.2.2 Малые возмущения исходного режима осуществляются путем вариации по аргументам Еq и  и выполняются с помощью программы RRSwin.

Параметры варьируемых режимов заносим в табл. 2.2

                                                                                                                                         Табл. 2.2

Аргументы

Pг

Qг

I

Uг

Eq

E`q

Eq=1.5012

=36.74 град

0,8606

1,2832

1,0292

1,0048

1,8

1,21

Eq=1.4312

=38.54 град

0,8521

1,144

0,99668

0,98048

1,71

1,1594

При этом ЭДС рассчитываются по формулам:

для первой строки:

                                                                                                      (2.10)

                                                                                                    (2.11)

для второй строки:

                                                                                                      (2.12)

                                                                                                    (2.13)

2.2.3  Вычисляем отклонения режимных параметров вычитанием строк табл.2.1 из строк табл.2.2.

Отклонения режимных параметров заносим в табл.2.3.

Табл.2.3

Аргументы

Pг

I

Uг

Eq

E`q

Eq=0,07

0,0406

0,06044

0,01918

0,096

0,0444

=1,08град=0,0314рад

0,0321

0,02792

-0,00514

0,006

-0,0062

2.2.4 Вычисление частных производных.

Остальные производные вычисляются аналогично.

Значения частных производных занесены в табл.2.4

Табл.2.4

Аргументы

Pг

I

Uг

Eq

E`q

Eq

0,58

0,8634

0,274

1,3714

0,6342

1,022

0,8887

-0,1636

0,191

-0,1974

Составления системы уравнений первого приближения с рассчитанными числовыми коэффициентами.

2.3 Раскрытие характеристического определителя,  запись характеристического уравнения и его решение с применением пакета Mathcad.

   В результате решения характеристического уравнения получили, что система является устойчивой из-за наличия корней, у которых действительные части являются отрицательными. Подтвердим устойчивость системы по критерию Рауса. Требования устойчивости по Раусу формулируются так: для устойчивости системы необходимо и лостаточно, чтобы все коэффициенты первого столбца были одного знака.

  Запишем коэффициенты характеристического уравнения.

; ; ; ; .

Составим таблицу Рауса. Данные заносим в табл.2.5.

                                                                                                             Табл.2.5

Номер

i-й строки

Коэффициенты

(j-2)

Номер k-го столбца

1

2

3

4

1

2

-

-

0

0

0

3

0

0

4

0

0

5

-

0

0

Исходя из таблицы можно заключить, что система устойчива, так как в первом столбце смены знака не происходит.

3. Определение запаса апериодической статической устойчивости ЭЭС

3.1  Расчет и построение зависимости расчетной синхронной ЭДС генератора  от угла с учетом влияния АРВ.

 Исходный режим рассчитан в предыдущем разделе. Начальные точки всех угловых характеристик уже известны:

         

Следующие значения угла δ требуют определения новых значений . Их находим графическим способом с помощью программы RRSwin. Для определенного угла задаем несколько значений ЭДС и рассчитываем режим. Результаты представляем в виде таблице 3.1.

Таблица 3.1  Расчет графиков f1 и f2 при угле .

ЕQ1

Q’Г1

UГ1

f1

f2

1.4

1.44

0.89438

1.761

10.008

1.5

1.703

0.91819

1.897

7.77

1.6

1.9854

0.94233

2.034

5.5

1.7

2.2883

0.96677

2.171

3.203

1.8

2.6122

0.99149

2.308

0.879

Таким же образом заполняем две следующие строки и строим графики f().

При использовании  мы принимаем следующие допущения. Так как в нашем случае полная мощность

,

то мы искусственно увеличим полную мощность следующим образом:

.

Пересчитываем новое значение  по формуле (2.1).

                                                                                            

.

Тогда значение рассчитаем следующим образом:

Оценивая соотношение полученных значений f1 и f2 между собой и учитывая характер изменения этих функций можно выбрать следующее пробное значение , более близкое к истинной величине, т.е. к точке пересечения графиков f1 и f2 . Графическое решение представлено на рис.П-4.

Величина, соответствующая точке пересечения графиков и есть искомая ЭДС при заданном угле .Аналогично определяем следующие значения  и результаты сводим в таблицу 3.2.

Табл.3.2.

∂, град

36,49

60

70

80

90

100

110

115

120

125

130

140

150

160

170

180

ЕQ , о.е.

1,431

1,74

1,95

2,25

2,53

2,89

3,29

3,53

3,73

3,95

4

4,1

4,19

4,25

4,31

4,4

Зависимоть синхронной ЭДС от угла ∂ с учетом АРВ представлена на рис.3.1.

Рис.3.1.

  1.  Расчет утяжеленных по углу режимов работы ЭЭС.

Задаем в программе RRS поочередно соответствующие значения и , рассчитываем получившиеся режимы и результаты заносим в таблицу 3.3.

∂, град

36,49

60

70

80

90

100

110

115

120

125

130

140

150

160

170

180

ЕQ , о.е.

1,43

1,74

1,95

2,25

2,53

2,89

3,29

3,53

3,73

3,95

4

4,1

4,19

4,25

4,31

4,4

PГ, о.е.

0,55

1,41

1,71

2,06

2,35

2,64

2,87

2,97

3,00

3,01

2,8

2,44

1,94

1,34

0,69

0,01

UГ, о.е.

0,86

0,97

0,97

0,97

0,96

0,95

0,95

0,95

0,95

0,95

0,89

0,83

0,76

0,7

0,67

0,68

Табл.3.3.

Ниже на рис.3.2. представлены угловые характеристики РГ(∂) и UГ(∂).

Рис.3.2.

3.3  Приближенный учет АРВ-СД за счет представления генератора неизменным напряжением UГ0.

Рассчитываем по программе RRS режимы ЭЭС, утяжеленные по углу ∂U  напряжения генератора UГ и результаты сводим в таблицу 3.4.

Табл.3.4.

U, град

PГ, о.е.

UГ, о.е.

10

0,486

0,9856

20

0,856

0,9856

30

1,2

0,9856

40

1,51

0,9856

50

1,78

0,9856

60

2

0,9856

70

2,16

0,9856

80

2,25

0,9856

90

2,28

0,9856

100

2,24

0,9856

110

2,14

0,9856

120

1,97

0,9856

130

1,75

0,9856

140

1,47

0,9856

150

1,16

0,9856

160

0,807

0,9856

170

0,435

0,9856

180

0,05

0,9856

Угловые характеристики мощности и напряжения представлены ниже на рис.3.3.

Рис.3.3.

3.4  Определение  коэффициента запаса статической системы по активной мощности.

По каждой из полученных кривых РГ(∂) и РГ(∂U) выявляем предел апериодической статической устойчивости.

      

Приближенный учет АРВ в данном случае не отражает действительной картины статической устойчивости ЭЭС. Предел мощности оказался завышенным при меньшем угле ∂.

Определяем коэффициент запаса статической системы по активной мощности:

Коэффициент запаса , что гораздо больше нормативного 0.2, поэтому исходный установившийся режим статически при использовании АРВ устойчив.

4. Исследование на ЭВМ влияния различных факторов на устойчивость ЭЭС.

4.1. Определение собственных и взаимных проводимостей исследуемой ЭЭС с помощью программы RRSwin. При этом генератор представляем синхронными параметрами.

4.1.1. Определение собственной проводимости.

В нашем случае собственная проводимость численно равна току в ветви с генератором.

; град; град.

4.1.2 Определение взаимной проводимости.

В нашем случае взаимная проводимость численно равна току в ветви с генератором

; град; град.


EMBED Equation.DSMT4  


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

40140. Приведение задач линейного программирования к каноническому виду. Методы искусственного базиса 66 KB
  Основная теорема ЛП: если задача ЛП имеет решение то целевая функция достигает экстремального значения хотя бы в одной из угловых точек многоугольника решений. Таким образом с теоретической точки зрения решение задачи ЛП выглядит следующим образом: можно найти все угловые точки многоугольника решения высчитать в них значение ЦФ выбрать наибольшее наименьшее. процесс нахождения угловых точек сравним по трудности с решением исходной задачи. В этом заключается основная идея СМ которая предполагает: 1 уметь находить первоначальное базисное...
40141. ОПТИМАЛЬНЫЕ ЛИНЕЙНЫЕ ФИЛЬТРЫ СИГНАЛОВ НА ФОНЕ ПОМЕХ 1.62 MB
  Смысл слова выделение сигнала совпадает с понятием оценки сигнала. Пусть имеется сумма сигнала и шума: 6.1 Требуется чтобы оценка сигнала являющаяся откликом на воздействие t рис.
40142. ОПТИМАЛЬНОЕ ОБНАРУЖЕНИЕ ДЕТЕРМИНИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ 231.5 KB
  3 Тема №3 Основы теории обнаружения и различения сигналов ОПТИМАЛЬНОЕ ОБНАРУЖЕНИЕ ДЕТЕРМИНИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ Обнаружение сигналов как статистическая задача Пусть на вход обнаружителя поступает сумма сигнала st и шума nt представляющая собой случайный непрерывный процесс 7. Дискретизация проводится в соответствии с теоремой Котельникова: для дискретизации аналогового сигнала без потерь информации частота отсчетов должна быть в...
40143. ОПТИМАЛЬНОЕ ОБНАРУЖЕНИЕ КВАЗИДЕТЕРМИНИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ 241 KB
  Для этого потребуется определить распределение вероятностей достаточной статистики у поступающей на пороговое устройство а именно распределение вероятностей корреляционного интеграла y при отсутствии  = 0 и наличии  = 1 сигнала st на входе обнаружителя.5 рассчитываются характеристики оптимального обнаружения детерминированного сигнала в белом шуме.1 сплошными линиями показаны характеристики оптимального обнаружения детерминированного сигнала в белом шуме. Характеристики обнаружения позволяют определить минимальную энергию...
40144. ОПТИМАЛЬНОЕ РАЗЛИЧЕНИЕ ДЕТЕРМИНИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ 360 KB
  5 Рош а б ОПТИМАЛЬНОЕ РАЗЛИЧЕНИЕ ДЕТЕРМИНИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ Различение двух детерминированных сигналов. Постановка задачи и правило принятия решения Задача различения сигналов находит широкое распространение в дискретной радиосвязи когда передача символа 1 связана с излучением сигнала s1t а передача символа 0 связана с излучением другого сигнала s2t отличающегося от s1t хотя бы одним какимнибудь своим параметром. Поэтому решение о том какой из сигналов принимается может осуществляться с ошибкой. Отсюда возникает задача...
40145. ОПТИМАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ СИГНАЛА 683 KB
  Очевидно пользователю для извлечения из полученного сигнала сведений следует определить значения параметров сигнала несущих требуемую информацию. Устройство предназначенное для измерения параметров сигнала будем называть измерителем. Кроме того на измерения может существенно влиять наличие у сигнала не только полезных несущих необходимую информацию параметров но и параметров не известных потребителю и не содержащих интересных для него сведений.
40146. ФИЛЬТРАЦИЯ ИЗМЕНЯЮЩИХСЯ ПАРАМЕТРОВ СИГНАЛА 318 KB
  Полезный сигнал st является функцией времени t и многокомпонентного параметра сообщения представляющего собой векторный случайный процесс. Общая задача фильтрации заключается в том чтобы на основании априорных сведений и по наблюдаемой реализации xt процесса t для каждого момента времени t сформировать апостериорную плотность вероятности сообщения . Априорные сведения о вероятностных характеристиках сообщения и помехи nt задаются либо в форме многомерных плотностей вероятности либо в виде дифференциальных уравнений с...
40147. ЛИНЕЙНАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ СООБЩЕНИЙ 539 KB
  2 Здесь Ht известная функция несущее колебание; Htt = s[t t] передаваемый сигнал; nt белый гауссовский шум не обязательно стационарный с нулевым средним значением и односторонней спектральной плотностью N0;  постоянный коэффициент определяющий ширину спектра сообщения t. Первое уравнение определяет алгоритм формирования оценки а следовательно и структурную схему фильтра а второе ошибку фильтрации дисперсию оценки сообщения Rt. Коэффициент Kt зависящий от дисперсии оценки сообщения Rt и...
40148. ИНФОРМАЦИЯ В ДИСКРЕТНЫХ СООБЩЕНИЯХ 412.5 KB
  Когда говорят об информации то имеют в виду как объективные сведения о событиях в материальном мире так и получателя этих сведений то есть субъекта. Определить количество информации и передать его с наименьшими потерями по каналам связи не интересуясь смыслом информации это предмет теории информации которую иногда называют математической теорией связи. Качественная сторона информации например её ценность полезность важность исследуется в семантической теории информации.