>КУРСОВАЯ РОБОТА
Електромагнітні перехідні процеси в електроенергетичних системах
Красноярськ 2011
Завдання
1 Для заданої найпростішої схеми електропередачі визначити запас статичної стійкості по ідеальному межі потужності під час передачі від еквівалентного генератора G1 до системи >GS потужності P.S0.
1.1 Генератори не обладнані автоматичними регуляторами порушення (АРВ),явнополюсность гідрогенераторів до уваги береться.
1.2 Генератори немає АРВ (з урахуваннямявнополюсности гідрогенераторів).
1.3 Генератори обладнані АРВ пропорційного типу (з урахуваннямявнополюсности гідрогенераторів).
1.4 Генератори мають АРВ сильного дії (з урахуваннямявнополюсности гідрогенераторів).
2 Визначити запас статичної стійкості по дійсному межі переданої потужності з урахуванням навантаження і АРВ на генераторах (з урахуваннямявнополюсности гідрогенераторів).
3 Виконати розрахунок динамічної стійкості притрехфазномКЗ ідвухфазномКЗ на грішну землю на заданої лінії за наявності АРВ пропорційного типу на генераторах.
3.1Рассчитать і можуть побудувати кутові характеристики потужності нормального, аварійного іпослеаварийного режимів в найпростішої схемоюелектро-передачи.
3.2 Визначити граничні кути відключення при коротких замиканнях графічно і аналітично.
3.3 Виробити чисельні розрахунки динамічних переходів і можуть побудувати залежності зміни кута обох видів короткого замикання (>КЗ).
3.4 Обчислити граничне час відключенняКЗ.
статичний генератор електропередача потужність
Вихідні дані
Малюнок 1 – Електрична схема системи
Таблиця 1 – Параметри станції 1 (ГЕС)
|
Кількість генераторів n1 |
Номінальна потужність генератора P.S>ном,МВ·А |
Коефіцієнт потужності |
Номінальне напруга U>ном, кВ |
Опір в відносних одиницях |
, з |
||
|
, про. е. |
, про. е. |
, про. е. |
|||||
| 3 | 68,75 | 0,85 | 13,8 | 0,32 | 0,77 | 0,3 | 7 |
Таблиця 2 – Параметри станції 2 (ТЕС)
|
Кількість генераторів n2 |
Номінальна потужність генератора P.S>ном, >МВ·А |
Коефіцієнт потужності |
Номінальне напруга U>ном, кВ |
Опір в відносних одиницях |
, з |
||
|
, про. е. |
, про. е. |
, про. е. |
|||||
| 6 | 353 | 0,85 | 20 | 0,3 | 2,22 | 0,238 | 6,3 |
Таблиця 3 – Параметри підстанції 1 (>ПС1)
|
Кількість трансформаторів n1 |
Номінальна потужність одного, P.S>ном,МВ·А |
Номінальне напруга |
Напруга короткого замикання uДо, % |
|
| 3 | 80 | 242/13,8 | 11 |
Таблиця 4 – Параметри підстанції 2 (>ПС2)
|
Кількість трансформаторів n2 |
Номінальна потужність одного, P.S>ном,МВ·А |
Номінальне напруга |
Напруга короткого замикання uДо, % |
|
| 6 | 400 | 235/20 | 10,7 |
Таблиця 5 – Параметри ліній електропередач (W)
|
>Передаваемая потужність Р0, МВт |
Коефіцієнт потужності |
Номінальне напруга U>ном, кВ |
Довжина, км |
Питома опір ,Ом/км |
| 145 | 0,96 | 220 | 250 | 0,39 |
Таблиця 6 – Параметри навантаження
|
Активна потужність Рзв, МВт |
Коефіцієнт потужності |
|
| 1700 | 0,91 |
Запровадження
Одне з найважливіших показників якості електропостачання споживачів є його надійність як і встановлених режимах роботиЭЭС, і у перехідних процесах.
Необхідність виконання умов, які забезпечують стійку паралельну роботу генераторів ЕС, диктується вимогами надійного, безперебійного електропостачання.
Коли ж врахувати, що потужності сучаснихЭЭС і об'єднань досягають десятків і сотень МВт, а порушення сталої роботи призводить до втрати значній своїй частині генеруючих потужностей електростанцій, то важливість розрахунку і оцінки статичної і динамічної стійкості, обгрунтованого вибору заходів із усунення можливих нестійких режимів очевидна.
У процесі виконання роботи купуються навички визначення стійкості електропередачі зі станціями як без АРВ, і з АРВ різних типів. Розглядаються основні види стійкості електричної системи та причини, які можуть призвести до її порушення.
1. Упорядкування схеми заміщення й визначення її параметрів
Розрахунок починається з складання схеми заміщення електроенергетичної системи та проводиться в відносних одиницях при базисних умовах і точному приведення параметрів схеми до обраної щаблі напруги, тобто. з урахуванням дійсних коефіцієнтів трансформації. Активними опорами нехтуємо.
За базисне напруга приймемо напруга на шинах еквівалентній системи >GS безкінечною потужності (яка має нескінченним регулюючим ефектом навантаження, що зумовлює незмінності напруги на шинах еквівалентній системи) U>б1=220 кВ.Базисную потужність приймемо рівної P.Sб =1000МВА.
>Определим базисні напруги інших щаблів, кВ,
;
>Определим опору елементів:
– G1:
,
де – синхронна реактивність генератора по подовжньої осі, про. е.;
– номінальна потужність генератора,МВ·А;
– номінальне напруга генератора, кВ;
n1 – кількість генераторів;
– G2:
;
– Т1:
,
де – напруга короткого замикання, %;
– номінальна потужність трансформатора,МВ·А;
– номінальне напруга трансформатора, кВ;
n1 – кількість трансформаторів;
– Т2:
;
– W:
,
де – удільне опір лінії,Ом/км;
– довжина лінії, км.
Уявімо номінальну повну потужність навантаження і потужність,подтекающую до шинам незмінного напруги, як суми активної наукової та реактивної складових, про. е.,
>Пересчитаем напруга основний щаблі в відносні одиниці:
Уявімо схему заміщення малюнку 2.
Малюнок 2 – Вихідна схема заміщення
2. Визначення запасу статичної стійкості
У розділі вимикачі в лінії >Q1 і >Q2 і вимикач системи безкінечною потужності >Q3 включені. Системи >GS має нескінченним регулюючим ефектом навантаження, що зумовлює незмінності напруги на шинах еквівалентній системи, тож при змінах режиму напруга Uзв=1,0 буде постійним.
2.1 Визначення запасу статичної стійкості найпростішої системи з генераторами без АРВ
Позаяк у даної завданню йдеться пронеявнополюсном еквівалентному генераторі, тобто про синхронної машині з симетричнимротором, то має місце рівність синхронних індуктивних опорів по подовжньої і поперечної осях x>d = x>q, і навіть сталість синхронноїЭДС Є>q=>const, що пропорційна току порушення і>f.
>Определим опір системи (сумарне опір електричної мережі між шинами еквівалентного генератора G1 і шинами незмінного напруги)
Сумарна реактивність
Визначаємо синхроннуЭДС (холостого ходу) генеруючої станції
Для перевірки вихідного режиму скористаємося вираженням, визначальним передану потужність
>Определим межа (ідеальний) переданої потужності
Будуємо кутову характеристику потужності (малюнок 3)
Розраховуємо коефіцієнт запасу статичної стійкості по ідеальному межі переданої потужності і з розі, %,
,
Аналізуючи значення отриманих коефіцієнтів запасу статичної стійкості за проектною потужністю і розі, можна дійти невтішного висновку у тому, що систему є слабко завантаженою, яка з великим запасом по статичної стійкості.
Таблиця 7 – Результати підрахунків для побудови кутовий характеристики потужностінеявнополюсного генератора без АРВ
| 0 | 0 |
| 10 | 0,0439 |
| 20 | 0,0865 |
| 30 | 0,126 |
| 40 | 0,163 |
| 50 | 0,194 |
| 60 | 0,219 |
| 70 | 0,238 |
| 80 | 0,249 |
| 90 | 0,253 |
| 100 | 0,249 |
| 110 | 0,238 |
| 120 | 0,219 |
| 130 | 0,194 |
| 140 | 0,163 |
| 150 | 0,126 |
| 160 | 0,0865 |
| 170 | 0,0439 |
| 180 | 0 |
Малюнок 3 –Угловая характеристика потужностінеявнополюсного генератора без АРВ
2.2 Визначення запасу статичної стійкості найпростішої системи з генераторами без АРВ з урахуваннямявнополюсности гідрогенераторів
>Гидрогенератор з урахуваннямявнополюсности уявляємо під час розрахунків синхронної реактивністю по поперечної осі x>q і фіктивної розрахунковоїЭДС , яка від режиму і вираховується за формулою:
Опір гідрогенератори G1 з урахуваннямявнополюсности
Сумарна реактивність
Далі визначимо розрахунковуЭДС Є>Q
З векторної діаграми дляявнополюсной синхронної машини слід
Після підстановки замість подовжньої складової струму його значення
>Определим значення синхронноїЭДС
При визначенні потужностіявнополюсного генератора доводиться розглядати складнішу залежність потужності від кута >d внаслідок не – симетрії ротора x>d ¹x>q.
Для визначення граничною величини активної потужності такому випадку потрібно знайти кут, який би максимальне значення останнього висловлювання. Як відомо, екстремум функції визначається за однакової кількості нулю її похідною.Приравниваем похідну активної потужності з розі до 0, одержимо квадратне рівнянні і вирішуємо його щодоcos>d.
;
;
;
, ;
, немає.
>Определим межа переданої потужності
Розраховуємо коефіцієнт запасу за проектною потужністю і з розі, %,
;
Характеристика потужностіявнополюсного генератора окрім основногосинусоидальной складової містить другу складову – синусоїду подвійний частоти, амплітуда якої пропорційна різниці індуктивних опорів x>d і x>q. Складова подвійний частоти зміщує максимум характеристики потужності бік менших кутів. Амплітуда характеристики потужності зросте проти характеристикою, не котра враховуєявнополюсности машини.
Перевірка:
Таблиця 8 – Результати підрахунків для побудови кутовий характеристики потужностіявнополюсного генератора без АРВ
| 0 | 0 | 0 | 0 |
| 10 | 0,043 | 0,012 | 0,055 |
| 20 | 0,086 | 0,022 | 0,108 |
| 30 | 0,125 | 0,030 | 0,155 |
| 40 | 0,161 | 0,034 | 0,195 |
| 50 | 0,192 | 0,034 | 0,226 |
| 60 | 0,217 | 0,030 | 0,247 |
| 70 | 0,235 | 0,022 | 0,257 |
| 80 | 0,246 | 0,012 | 0,258 |
| 90 | 0,250 | 0 | 0,250 |
| 100 | 0,246 | -0,012 | 0,234 |
| 110 | 0,235 | -0,022 | 0,213 |
Малюнок 4 –Угловая характеристика потужностіявнополюсного генератора без АРВ
2.3 Визначення запасу статичної стійкості системи за умови встановлення на генераторах АРВ пропорційного типу
При установці на генераторах АРВ пропорційного дії ролі найпростішої математичну модель генератора G1 приймається незмінною поперечна складова перехідноюЭДС () за перехідним опором :
Сумарна реактивність
>Определим перехіднуЭДС
>Определим поперечну складову перехідноюЭДС
>Определим передану потужність
>Определим граничну величину активної потужності.
;
;
;
, немає;
,
>Определим межа переданої потужності
Розраховуємо коефіцієнт запасу за проектною потужністю і з розі, %,
;
У генераторів, наділених АРВ пропорційного типу, збільшується межа переданої потужності. Це наслідок регулювання струму порушення.
Перевірка: .
Таблиця 9 – Результати підрахунків для побудови кутовий характеристики потужностіявнополюсного генератора з АРВ пропорційного типу
| 0 | 0 | 0 | 0 |
| 10 | 0,063 | -0,010 | 0,052 |
| 20 | 0,124 | -0,018 | 0,106 |
| 30 | 0,181 | -0,024 | 0,157 |
| 40 | 0,233 | -0,028 | 0,205 |
| 50 | 0,277 | -0,028 | 0,249 |
| 60 | 0,314 | -0,024 | 0,290 |
| 70 | 0,340 | -0,018 | 0,322 |
| 80 | 0,356 | -0,010 | 0,346 |
| 90 | 0,362 | 0 | 0,362 |
| 100 | 0,356 | 0,010 | 0,366 |
| 110 | 0,340 | 0,018 | 0,358 |
| 120 | 0,314 | 0,024 | 0,338 |
| 130 | 0,277 | 0,028 | 0,305 |
| 140 | 0,233 | 0,028 | 0,261 |
| 150 | 0,181 | 0,024 | 0,205 |
| 160 | 0,124 | 0,018 | 0,142 |
| 170 | 0,063 | 0,010 | 0,073 |
| 180 | 0 | 0 | 0 |
Малюнок 5 –Угловая характеристика потужності генератора з АРВ пропорційного типу
2.4 Визначення запасу статичної стійкості системи за умови встановлення на генераторах АРВ сильного дії
При установці на генераторах АРВ сильного дії ролі простий математичну модель генератора приймається незмінною поперечна складова напруги генератора, тобто. реактивність самого генератора приймається рівної нулю.
>Определим поперечну складову напруги генератора
>Определим передану потужність
>Определим граничну величину активної потужності.
;
;
;
, немає;
,
>Определим межа переданої потужності
Розраховуємо коефіцієнт запасу за проектною потужністю і з розі, %,
;
Перевірка: .
Таблиця 10 – Результати підрахунків для побудови кутовий характеристики потужностіявнополюсного генератора з АРВ сильного дії
| 0 | 0 | 0 | 0 |
| 10 | 0,117 | -0,069 | 0,048 |
| 20 | 0,229 | -0,130 | 0,099 |
| 30 | 0,336 | -0,176 | 0,160 |
| 40 | 0,431 | -0,2 | 0,231 |
| 50 | 0,514 | -0,2 | 0,314 |
| 60 | 0,581 | -0,176 | 0,405 |
| 70 | 0,631 | -0,130 | 0,501 |
| 80 | 0,661 | -0,069 | 0,592 |
| 90 | 0,671 | 0 | 0,671 |
Малюнок 6 –Угловая характеристика потужності генератора з АРВ сильного дії
Аналізуючи кутові характеристики потужності генераторів з АРВ і АРВ, можна дійти невтішного висновку, що "застосування пристроїв АРВ значно збільшує межа переданої потужності з допомогою регулювання струму порушення синхронної машини. Збільшення запасу за проектною потужністю збільшує здатність електричної системи зберегти стійкість при малих збурюваннях.
3. Визначення запасу статичної стійкості системи з урахуванням регулюючого ефекту навантаження (з урахуваннямявнополюсности гідрогенераторів)
Межа (дійсний) переданої активної потужності визначимо, представляючи генератори обох станцій незмінними синхроннимиЭДС і опорами, під час обліку регулюючого ефекту навантаження. У розділі вимикач системи безкінечною потужності >Q3 відключений та з системою немає, тож при змінах режиму напруга Uзв нічого очікувати постійним, оскільки комплексна навантаження шинах приймальні системи, порівнянна за проектною потужністю з еквівалентним генератором, не має нескінченним регулюючим ефектом. Отже, стійкість передачі зміниться.
>Определим параметри схеми заміщення.
Для першої станції згидрогенератором G1 (див. підрозділ 2.2)
,
Для другий станції зтурбогенератором G2 (див. малюнок 2)
>Определим значення переданої потужності від другої станції
>Вичислим значенняЭДС
>Определим опір сумарною навантаження за такою формулою
Уявімо отриману схему заміщення малюнку 14.
Малюнок 7 – Розрахункова схема заміщення
>Определим