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

22822. Качество товара, определения. Требования к качеству товара. Классификация свойств и показателей качества. Потребительская ценность продукции: базовая и дополнительная и их влияние на 16.84 KB
  Качество — одна из основополагающих характеристик товара, которая оказывает решающее влияние на создание потребительских предпочтений и формирование конкурентоспособности.
22823. Органічна хімія, конспект лекцій 887 KB
  Значення органічної хімії. Вивчення основних теоретичних положень органічної хімії сприяє формуванню, розширенню і поглибленню фундаментальних, загальнопрофесійних, спеціальних знань, а також активному формуванню предметних і професійних компетенцій, спрямованих на виконання виробничих функцій.
22824. Обязательная сертификация в законе «О техническом регулировании». Ее сущность, объекты, участники. Организация обязательной сертификации 19.03 KB
  Порядок передачи сведений о выданных сертификатах соответствия в единый реестр выданных сертификатов устанавливается федеральным органом исполнительной власти по техническому регулированию...
22825. Государственный контроль и надзор за соблюдением обязательных требований технических регламентов 16.81 KB
  Государственный контроль (надзор) за соблюдением требований технических регламентов осуществляется федеральными органами исполнительной власти, органами исполнительной власти субъектов Российской Федерации
22826. Релаксаційні коливання у схемі з неоновою лампою 86 KB
  Якщо напруга досягне певної величини яка називається напругою запалювання U3 лампа спалахне і струм стрибком досягне скінченої величини I3. Коли напруга спаде до величини U3 лампа не погасне. За другим правилом Кірхгофа для цього кола маємо 1 де Uk напруга на конденсаторі та неоновій лампі яка підключена до нього паралельно.15 видно що напруга на конденсаторі монотонно зростає із швидкістю яка залежить від величини добутку RC.
22827. КАТЕГОРІЙНО-ПОНЯТІЙНИЙ АПАРАТ З БЕЗПЕКИ ЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІ, ТАКСОНОМІЯ НЕБЕЗПЕК 92 KB
  Виходячи з сучасних уявлень безпека життєдіяльності є багатогранним обєктом розуміння і сприйняття дійсності, який потребує інтеграції різних стратегій, сфер, аспектів, форм і рівнів пізнання. Складовими цієї галузі є різноманітні науки про безпеку. У всьому світі велика увага приділяється вивченню дисциплін
22828. ВИМІРЮВАННЯ НАПРУЖЕННОСТІ МАГНІТНОГО ПОЛЯ ВЗДОВЖ ОСІ СОЛЕНОЇДА ІНДУКЦІЙНАМ МЕТОДОМ 141 KB
  ВИМІРЮВАННЯ НАПРУЖЕННОСТІ МАГНІТНОГО ПОЛЯ ВЗДОВЖ ОСІ СОЛЕНОЇДА ІНДУКЦІЙНАМ МЕТОДОМ Явище електромагнітної індукції полягає у виникненні е. Напруженість магнітного поля в будьякій точці А що лежить на осі ОО’ соленоїда чисельно дорівнює алгебраїчній сумі напруженостей магнітних полів створених у точці А всіма витками спрямована вздовж осі за правилом свердлика 3 Де n’ – число витків за одиницю довжини соленоїда І величина струму; кути що утворює радіусвектор проведений з точки А до крайніх витків соленоїда мал....
22829. ЯВИЩЕ ГІСТЕРЕЗИСУ В ФЕРОМАГНЕТИКУ 115 KB
  ЯВИЩЕ ГІСТЕРЕЗИСУ В ФЕРОМАГНЕТИКУ Особливий клас магнетиків становлять феромагнетики – речовини здатні мати намагнічення у відсутності зовнішнього магнітного поля.21 наведена залежність модуля вектора намагнічення від напруженості зовнішнього поля для феромагнетика з попереднім магнітним полем рівним нулеві основна або нульова крива намагнічення . При деякому значенні H намагнічення досягає насичення оскільки вектор магнітної індукції та вектора намагнічення зв’язані співвідношенням то при досягненні вектор стає функцією від:...
22830. ВИЗНАЧЕННЯ КОНЦЕНТРАЦІЇ НОСІЇВ ЗАРЯДУ В НАПІВПРОВІДНИКАХ З ЕФЕКТУ ХОЛЛА 71.5 KB
  ВИЗНАЧЕННЯ КОНЦЕНТРАЦІЇ НОСІЇВ ЗАРЯДУ В НАПІВПРОВІДНИКАХ З ЕФЕКТУ ХОЛЛА В основу вимірювання концентрації електронів покладено явище Холла яке полягає у виникненні поперечної різниці потенціалів при проходженні струму по провіднику напівпровіднику який знаходиться в магнітному полі перпендикулярному до лінії струму. Ефект Холла в електронній теорії пояснюється так. Введемо сталу Холла 7 Тоді 8 Отже згідно з формулою 8 вимірявши силу струму I у...