Расчет устойчивости простейшей электрической системы

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

АМУРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

(ФГБОУ  ВПО «АмГУ»)

 

 

Факультет  Энергетический

Кафедра  Энергетики

Специальность 140205.65 - Электроэнергетические системы и сети

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

 

на тему:  Расчет устойчивости простейшей электрической системы

 

по дисциплине «Электромеханические переходные процессы в электрических системах»

 

 

 

 

 

Исполнитель студент группы 142-зсб2	____________________ подпись, дата	Е. С. Бурлак
Руководитель доцент, к.т.н.	_____________________ подпись, дата	А.Н. Козлов
Нормоконтроль	_____________________ подпись, дата	Н. Н. Медзяловская

 

 

 

 

 

Благовещенск 2014

РЕФЕРАТ

Курсовая работа содержит  45 с., 14 рисунков,  2 таблицы, 6 источников, 2 приложения.

 

 

КОРОТКОЕ ЗАМЫКАНИЕ, ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ, ТРАНСФОРМАТОР, ГЕНЕРАТОР, ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА, СТАТИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ, ДИНАМИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ, ПЛОЩАДКА УСКОРЕНИЯ, ПЛОЩАДКА ТОРМОЖЕНИЯ, МЕТОД ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫХ ИНТЕРВАЛОВ, АРВ, АПВ, ЗАПАС СТАТИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ, НАГРУЗКА.

 

 

В данной курсовой работе необходимо произвести определение запаса статической устойчивости по пределу передаваемой мощности при отсутствии и наличии АРВ у генератора, после чего построить векторную диаграмму генератора в исходном режиме. Выполнить расчет динамической устойчивости методом последовательных интервалов в соответствии с алгоритмом развития аварии при КЗ. Проверить устойчивость нагрузки после отключения выключателя и определить коэффициент запаса устойчивости по напряжению. Выполнить расчет допустимого времени перерыва электроснабжения по условию устойчивости эквивалентной асинхронной нагрузки.

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

При расчете данного курсового проекта необходимо:

1 составить схему замещения электрической системы;

2 оценить запас устойчивости эквивалентного генератора;

3 построить векторную диаграмму электрической системы;

4 построить  циклограмму развития аварии;

5 оценить  динамическую устойчивость эквивалентного  генератора упрощенным методом.

Алгоритм развития аварии: в точке К4 – однофазное КЗ, сопровождающееся отказом основной защиты – поперечной дифференциальной – с обоих сторон линии. В результате выключатель (со стороны Т2) отключен первой ступенью ТЗНП: с, с; выключатель (со стороны Т1)–второй ступенью ТЗНП: с, с. АПВ с контролем отсутствия напряжения – на , с, с. АПВ с контролем наличия напряжения – на , с, с. АПВ – неуспешное. Как и на какой стадии изменится развитие переходного процесса в случае успешного АПВ?

Схема электропередачи представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема электропередачи

Исходные данные представлены в таблице 1.

 

Таблица 1 – Характеристики элементов электропередачи

Генератор
Тип	, МВ·А													, c		, c		, c
ТГ	188				1,7		-	0,3			0,26			5		5,4		0,1
Трансформаторы
Т1										Т2
, МВ·А			, %			Группа соед.				, МВ·А			, %				Группа соед.
200			11							2´250			11,5
Нагрузка												Линия
, МВт				Скольжение,					, c			, км			, кВ
180		0,85		0,022					8			70			220

 

 

 

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

Аварии, связанные с нарушением устойчивости работы электрических машин в электрических системах, приводит к перебою электроснабжения больших районов и городов. Ликвидация таких аварий и восстановление нормальных условий работы электрических систем представляют большие трудности, требуют много времени и усилий оперативного персонала. При сравнительно небольшом числе аварий, вызывающих нарушение устойчивости, наибольший аварийный недоотпуск энергии падает именно на этот вид аварий. Тяжелые последствия таких аварий заставляют уделять значительное внимание вопросам обеспечения должного уровня устойчивости как при проектировании электрических станций, так и при их эксплуатации. [1]

Электрическая система должна работать надежно. Одним из условий надежной работы является ее устойчивость, под которой понимается способность системы восстанавливать нормальный режим работы после большого или малого возмущения режима системы.

Целью курсовой работы по дисциплине «Электромеханические переходные процессы в электрических сетях» является закрепление изучаемого теоретического материала и приобретение навыков практических расчётов статической и динамической устойчивости систем и узлов нагрузки.

1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ  ПАРАМЕТРОВ СХЕМЫ  ЗАМЕЩЕНИЯ И  РАСЧЕТ ИСХОДНОГО УСТАНОВИВШЕГОСЯ  РЕЖИМА

1.1 Общие положения

При выполнении расчётов устойчивости необходимо составить расчётную схему (схему замещения) электропередачи, которая составляется из схем замещения отдельных элементов. Элементы электропередачи представляются индуктивными сопротивлениями. Нагрузка представляется в комплексном виде. Элементы схемы замещения и параметры режима определяются в относительных единицах (о.е.). При этом за базисные величины рекомендуется принимать номинальную мощность генератора и напряжение на шинах нагрузки . Ряд величин рекомендуется оставить в именованных единицах: время (с), постоянные инерции (с), углы (град) и (град). Этим определяется форма записи уравнений движения, приводимых далее. При определении параметров следует использовать приближённое приведение по средним коэффициентам трансформации. [2]

1.2 Определение  параметров элементов схемы замещения

Перед выполнением расчетов устойчивости необходимо составить схему замещения электропередачи.[2] Схема замещения представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Схема замещения электропередачи

Переводу в относительные единицы подлежат значения всех мощностей, напряжений и ЭДС. При этом следует учитывать, что к базисным условиям приводятся как полные мощности, так и их составляющие по формулам 1-2:

; (1)

; (2)

В качестве базисной мощности выбираем мощность генератора = 125 МВ·А, в качестве базисного напряжения – напряжение = 220 кВ. = 1 о.е. Определяем значения параметров элементов по формулам 1-2:

 

 о.е.;

.

Параметры линий и трансформаторов можно рассчитать по формулам 3-5:

 (3)

 (4)

 (5)

Рассчитаем параметры линий и трансформаторов по формулам 3-5:

о.е.;

о.е.;

 о.е.

В дальнейшем индекс «*» будем опускать.

Если в качестве базисной выбрана мощность, отличающаяся от мощности элемента (генератор, система), соответствующие постоянные инерции должны приводиться к базисной мощности по формуле 6 [3]:

  (6)

1.3 Расчет исходного  установившегося режима

Генератор при расчётах в схеме замещения представляется индуктивным сопротивлением и приложенной за ним ЭДС . Величины сопротивления и ЭДС зависят от типа генератора, отсутствия или наличия АРВ и способа регулирования.[4]

1 Для генератора при отсутствии АРВ ; (для неявнополюсных турбогенераторов);

2 При наличии регулятора  пропорционального типа ; ;

3 При регуляторах сильного действия ; - напряжение генератора.

Указанные величины при этих условиях считаются постоянными и не зависящими от режима.[4]

Расчет величин ЭДС, при которых обеспечивается заданная нагрузка, может производиться по формулам 7-8:

 (7)

где  ,о.е., – сопротивление системы (по формуле 9);

- количество генераторов.

  (8)

 (9)

Рассчитаем сопротивление системы по формуле 9:

По формуле 8 определяются углы , , , характеризующие сдвиг вектора соответствующей ЭДС относительно вектора напряжения (углы, на которые должен отклониться ротор в осях отсчета для обеспечения заданной нагрузки).[4]

1) Генератор без АРВ:

Для расчета в этом случае в формулы (7) и (8) подставляем  и :

о.е.;

2) Генератор с АРВ пропорционального  типа:

В этом случае подставляем в формулы (7) и (8) и :

о.е.;

3) Генератор с АРВ сильного  действия:

Принимаем и и подставляем значения в формулу (7) и (8):

о.е.;

Проекция переходной ЭДС на ось q определяется по формуле 10:

. (10)

Рассчитаем проекцию переходной ЭДС по формуле 10:

 о.е.

По рассчитанным значениям ЭДС и углов и заданному значению = 1 о.е.  в координатной плоскости d, q в масштабе строится векторная диаграмма представленная на рисунке 3

Рисунок 3 – Векторная диаграмма турбогенератора

2 РАСЧЕТ СТАТИЧЕСКОЙ  УСТОЙЧИВОСТИ

При выполнении расчётов предполагается, что устройства АРВ безъинерционны и обеспечивают отсутствие самораскачивания. Предел передаваемой мощности определяется максимумом статической угловой характеристики мощности . Учёт действия устройств АРВ производится путём введения соответствующих ЭДС , приложенных за соответствующими сопротивлениями . [5]

Коэффициент запаса статической устойчивости по мощности определяется по формуле 11

 (11)

1) При расчёте запаса  статической устойчивости при  отсутствии АРВ турбогенератор  представляется в схеме замещения  синхронным индуктивным сопротивлением  по продольной оси  и приложенной за ним синхронной ЭДС . [5] Угловая характеристика мощности при этом имеет вид (формула 12):

 (12)

где    – идеальный предел мощности нерегулируемой передачи.

Значения для нахождения угловой характеристики мощности определим по формулам 13-14:

 (13)

 (14)

Значения для нахождения угловой характеристики мощности определим, подставив числовые значения в формулы 13-14:

 о.е.;

 о.е.;

.

2) Идеальный предел передаваемой  мощности при наличии АРВ пропорционального  типа определяется приближённо  и без учёта явнополюсности при и . Произведем расчет, подставив числовые значения в формулы 13-14:

 о.е.;

 о.е.;

3) При наличии АРВ сильного  действия  . Произведем расчет, подставив числовые значения в формулы 13-14:

 о.е.;

.

Величина запаса статической устойчивости в нормальном режиме должна быть не менее 20 %. Во всех случаях это условие выполняется.

Вывод: наличие АРВ разных видов увеличивает запас статической устойчивости рассматриваемой электропередачи; наибольший запас статической устойчивости имеет место при наличии АРВ сильного действия.

Далее строим угловые характеристики мощности по формулам (15-17) (здесь и далее сопротивления приведены для генераторов):

1) Для генератора без  АРВ:

; (15)

2) Для генератора с АРВ  пропорционального типа:

;  (16)

3) Для генератора с АРВ  сильного действия:

; (17)

где - проекция вектора на ось q.

Подробный расчет приведен в приложении А.

Угловые характеристики мощности, построенные по формулам (15-17) приведены на рисунке 4.

Рисунок 4 – Угловые характеристики мощности турбогенератора

3 РАСЧЕТ ДИНАМИЧЕСКОЙ  УСТОЙЧИВОСТИ

3.1 Общие положения

Исследования динамической устойчивости (ДУ) основываются на методах численного решения дифференциального уравнения относительного движения ротора генератора. В случае необходимости учета реакции реакции якоря, действия АРВ, переходных процессов в обмотке якоря вводятся дополнительные дифференциальные уравнения и соотношения, характеризующие действие регуляторов.

При выполнении упрощённых расчётов принимаются следующие основные допущения:

- мощность турбины считается неизменной в течении всего переходного режима;

- мощность, вырабатываемая генератором, считается изменяющейся мгновенно при изменении в схеме электропередачи в следствии КЗ или коммутации;