Курсовая работа №2329 Переходные электромеханические процессы

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Южно-Уральский Государственный университет»

Факультет «Электротехнический» Кафедра «Автоматика»

Переходные электромеханические процессы

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОЙ РАБОТЕ

по дисциплине «Переходные электромеханические процессы в электроэнергетических системах»

АННОТАЦИЯ

Переходные электромеханические процессы.-  ЮУрГУ, ММД-448, 39 с., 23 ил., 3 табл., библиогр. список — 6 наим.

Цель работы состояла в расчете параметров передачи генераторной станции, работающей от шины бесконечной мощности, при различных типах генераторов, определение пределов передаваемой мощности и коэффициентов запаса статической устойчивости системы, а также выявление влияния коэффициента мощности нагрузки на коэффициент запаса статической устойчивости. Для данной системы необходимо провести проверки на статическую, при отклонение ротора на один градус от положения установившегося режима, и динамическую, при двухфазном КЗ на землю одной из параллельных линий вблизи шин генераторной станции, устойчивости.

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………. 6

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ……………………………………………………….. 7

1 УГЛОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

НАЧАЛА И КОНЦА ПЕРЕДАЧИ ПРИ УСЛОВИИ ОТСУТСТВИЯ У ГЕНЕРАТОРА АРВ………………………………………………………….. 8

1.1 Схема замещения и параметры сети ………………………………………….. 8

1.2 Определение постоянных четырехполюсника…………………………….. 9

1.3 Определение собственных и взаимных проводимостей…………………… 11

1.4 Активные мощности в начале и конце передачи………………………….. 12

1.5 Угловые характеристики начала и конца передачи при условии отсутствия у генераторов АРВ……………………. 13

1.6 Круговая диаграмма…………………………………………………………. 14

2 УГЛОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЕРЕДАЧИ ПРИ УСЛОВИИ НАЛИЧИЯ

У ГЕНЕРАТОРОВ АРВ………………………………………………………… 15

2.1 Схема замещения и параметры сети ………………………………………… 15

2.2 Характеристики мощности………………………………………………….. 16

2.3 Векторная диаграмма…………………………………………………………… 16

2.4 Угловые характеристики…………………………………………………..…. 17

3 ПРЕДЕЛЫ ПЕРЕДАВАЕМОЙ МОЩНОСТИ И КОЭФФИЦИЕНТЫ

ЗАПАСА СТАТИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ СИСТЕМЫ………………… 18

3.1 Пределы передаваемой мощности………………………………………….. 18

3.2 Коэффициенты запаса статической устойчивости системы………………. 18

4 ВЛИЯНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ НАГРУЗКИ НА КОЭФФИЦИЕНТ ЗАПАСА СТАТИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ………… 19

4.1 Емкостная нагрузка…………………………………………………………… 19

4.2 Индуктивная нагрузка………………………………………………………… 20

4.3 Зависимость коэффициента запаса статической устойчивости от коэффициента мощности…………………………………………………….. 21

5 СТАТИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ СИСТЕМЫ……………………………. 22

5.1 Исследование устойчивости при отсутствии демпферного момента……… 22

5.2 Исследование устойчивости при наличии демпферного момента………… 24

6 ДИНАМИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ СИСТЕМЫ………………………… 25

6.1 Исходный режим……………………………………………………………… 25

6.2 Аварийный режим……………………………………………………………. 26

6.3 Послеаварийный режим……………………………………………………….. 29

6.4 Определение предельного угла отключения……………………………….. 30

6.5 Угловые характеристики…………………………………………………….. 31

6.6 Определение предельного времени отключения…………………………… 31

ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………………… 36

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК…………………………………………… 37

 

ВВЕДЕНИЕ

Электрическая система представляет собой совокупность элементов, участвующих в выработке, преобразовании, передаче, распределении и потреблении электрической энергии.

Все элементы объединены в систему, выполняющую общую функциональную задачу – обеспечения нормального режима работы потребителей, соответствующего нормированному качеству электроэнергии.

При рассмотрении различных режимов работы системы нормальный режим обычно отождествляется с установившимся, неизменным режимом, при котором обеспечивается строгий баланс между вырабатываемой и потребляемой электроэнергией. На самом деле такого идеального установившегося режима в системе не существует. Любая система непрерывно подвергается внешним воздействиям, выражающимся в изменении числа подключающихся и отключающихся потребителей, вариацией генерируемой мощности, изменением конфигурации сети, вызванным отключением или подключением линий электропередачи, трансформаторов и других элементов, составляющих электрическую систему. Такие переходы, – от одного режима работы системы к другому – предусмотренные нормальными условиями эксплуатации, называются нормальными переходными режимами.

Однако любая, даже идеально спроектированная система в процессе эксплуатации может быть подвергнута разного рода аварийным воздействиям: перегрузка системы с последующим отключением перегруженных элементов и в результате делением ее на части; короткими замыканиями в различных точках системы; форсировкой и расфорсировкой возбуждения генераторов и т.д. Такой режим работы принято называть аварийным переходным процессом.

 

Исходные данные

Генераторная станция работает на шины бесконечной мощности через две параллельные линии и передает мощность Р2 при cos = 0,85 (рисунок 1). Напряжение на шинах приемной системы поддерживается неизменным, равным U2.

 

Рисунок 1 – Исходная схема сети

Для генераторов с номинальной мощностью 300 МВт принять Хd = 2, Xd= 0,3. В блоке с генераторами 300 МВт работают трансформаторы 400 МВА. Число генераторов и трансформаторов одинаково.

Величина демпферного момента Рd(н) для генераторов 300 МВт равна 30.

Остальные данные сведены в таблицу.

 

Таблица 1 – Исходные данные

Вариант	Исходные данные
	U2, Кв	Р2, МВт	Рг, МВт	Длина линии, км	TJ(н), с
40	242	329	2×300	270	12

 

1 Угловые характеристики начала и конца передачи при условии отсутствия у генератора АРВ

 

Все расчеты проводим в системе относительных единиц. Задаёмся базисными условиями: SБ=1000 МВА, UБ=U2=516 кВ

 

1.1 Схема замещения и параметры сети

 

 

Рисунок 2 – Схема замещения сети

 

Определим сопротивление генератора (здесь и в дальнейшем упускаем знаки и обозначения приведенные к базисным):

 

, где — число генераторов.

Определим сопротивление и проводимость трансформатора:

Для выбора трансформатора используем [1]: ТДЦ-400/330:

 

 

 

где — число трансформаторов.

 

 

Определим ток линии в именованных единицах:

 

 

 

Определим ток провода (в линиях 242 кВ провод не расщепляется):

 

Выбираем провод по экономической плотности тока:

, где — экономическая плотность тока.

Для выбора провода используем [1] :АС-500/64:

 

 

 

 

 

1.2 Определение постоянных четырехполюсника

 

Эквивалентная схема представлена последовательным соединением двух четырехполюсников Т–образного (генератор и трансформатор) и Г–образного (линия).

Постоянные каждого четырехполюсника определяются следующим образом:

где Z1– сопротивление от начала четырехполюсника до точки присоединения проводимости, Z2– сопротивление от точки присоединения проводимости до конца четырехполюсника.

Определим постоянные четырехполюсника 1:

 

 

 

Проверка:

 

Определим постоянные четырехполюсника 2:

 

 

 

 

Проверка:

 

Определим постоянные эквивалентного четырехполюсника:

 

 

 

 

Проверка:

 

 

Приведем эквивалентные параметры четырехполюсника к показательной форме:

 

 

 

 

 

1.3 Определение собственных и взаимных проводимостей

 

Определим и в относительных единицах:

 

 

При выборе линии мы нашли ток в именованных единицах, определим ток в относительных единицах:

 

 

 

Определим активные мощности в начале и конце передачи при постоянстве ЭДС :

 

Определим собственные взаимные проводимости системы:

 

 

 

 

1.4 Активные мощности в начале и конце передачи при постоянстве ЭДС

 

 

 

Построим характеристики мощности начала и конца передач (Рисунок 3):

 

Рисунок 3 Характеристики мощности начала и конца передач

 

1.5 Угловые характеристики начала и конца передачи

при условии отсутствия у генераторов АРВ ( )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.6 Круговая диаграмма

Рисунок 4 – Круговая диаграмма

 

 

 

2 Угловые характеристики передачи при условии наличия у генераторов АРВ

 

2.1 Схема замещения и параметры сети

 

 

Рисунок 5 – Схема замещения сети

 

Результирующие сопротивления схем (Xd, Xd, ХС) могут быть определены как: где Х1 – сопротивление от начала схемы до точки включения bл, Х2 – сопротивление от точки включения bл до конца схемы.

Расчетные данные из предыдущего пункта: ; ; ; .

 

 

Определим результирующие сопротивления:

 

 

 

 

 

 

2.2 Характеристики мощности

Значения ЭДС и напряжения генератора следует определять как сумму напряжения в конце передачи и падения напряжения в результирующем сопротивлении от протекания тока нагрузки.

При наличии у генераторов АРВ пропорционального действия :

 

При наличии у генераторов АРВ сильного действия :

 

При отсутствии у генераторов АРВ :

 

 

2.3 Векторная диаграмма

 

Рисунок 6 – Векторная диаграмма

2.4 Угловые характеристики

 

Определим и :

 

 

Определим активные мощности:

;

;

;

 

 

 

Рисунок 7– Угловые характеристики

 

 

 

 

3 Пределы передаваемой мощности и коэффициенты запаса статической устойчивости системы

 

3.1 Пределы передаваемой мощности

 

Предел передаваемой мощности при отсутствии у генераторов АРВ: , функция достигает максимума при :

.

Предел передаваемой мощности при наличии у генераторов АРВ пропорционального действия:

, функция достигает максимума при: .

.

Предел передаваемой мощности при наличии у генераторов АРВ сильного действия: , функция достигает максимума при: .

.

 

3.2 Коэффициенты запаса статической устойчивости системы

 

Коэффициенты запаса статической устойчивости системы при отсутствии у генераторов АРВ: .

Коэффициенты запаса статической устойчивости системы при наличии у генераторов АРВ пропорционального действия: .

Коэффициенты запаса статической устойчивости системы при наличии у генераторов АРВ сильного действия: .

 

 

4 Влияние коэффициента мощности нагрузки на коэффициент запаса статической устойчивости

 

При расчете учитываем активное сопротивление и емкостную намагниченность линии, а также ветвь намагничивания трансформатора (рисунок 2.1).

;

В показателе степени знак + при емкостной нагрузке, – при индуктивной.

; ;

Исходя из ранее проведенных расчетов, имеем следующее:

; ; ; ; ; ; ; .

 

4.1 Емкостная нагрузка:

При :

;

 

 

 

При :

;

 

 

 

При :

;

 

 

 

 

При :

;

 

 

 

 

При :

;

 

 

 

 

4.2 Индуктивная нагрузка:

 

При :

;

 

 

 

 

При :

;

 

 

 

 

При :

;

 

 

 

 

При :

;

 

 

 

 

4.3 Зависимость коэффициента запаса статической устойчивости от коэффициента мощности

 

Сведем данные в таблицу (таблица 2):

 

Таблица 2 – Зависимость от

Емкостная нагрузка Индуктивная нагрузка

 

0,6 0,7 0,8 0,9 1 0,9 0,8 0,7 0,6

 

0,18 0,05 0,004 0,027 0,224 0,551 0,762 0,989 1,265

 

Рисунок 8 – Зависимость коэффициента запаса статической устойчивости от коэффициента мощности

 

5 Статическая устойчивость системы

 

Для упрощения расчетов в данном пункте пренебрегаем ветвью намагничивания трансформатора и активным сопротивлением линии.

 

Рисунок 9 – Схема замещения сети

 

5.1 Исследование устойчивости при отсутствии демпферного момента

 

Относительное движение ротора (решение лианеризованного уравнения) при устграничное (Р1 и Р2 — мнимые числа) имеет вид:

 

а при устграничное:

,

где , .

Определим постоянную инерции приведенную к относительным единицам:

 

Синхронизирующая мощность:

 

При : ; ;

;

При : ; ;

;

 

При : ; ;

;

 

При : ;

.

 

 

Семейство зависимостей изменения угла от времени показано на рисунке 10

 

Рисунок 10 — Семейство зависимостей изменения угла от времени

 

 

 

5.2 Исследование устойчивости при наличии демпферного момента

 

Решение лианеризованного уравнения при устграничное имеет вид:

 

где  и  – действительная и мнимая части корней характеристического уравнения (Р1,2 =   j), а 0 = arctg(

 

При устграничное решение уравнения имеет вид:

 

При : ;

; ;

 

При : ;

; ;

 

При : ;

; ;

 

При :

 

 

, ;

 

Семейство зависимостей изменения угла от времени показано на рисунке 11

 

 

Рисунок 11 — Семейство зависимостей изменения угла от времени

 

6 Динамическая устойчивость системы

 

6.1 Исходный режим

 

Рисунок 12 – Исходная схема сети

 

Составим схему замещения исходного режима:

 

Рисунок 13 – Схема замещения исходного режима

 

Согласно указаниям руководителя не учитываем активные сопротивления, ветвь намагничивания трансформатора и емкостные проводимости.

 

Найдем эквивалентное сопротивление схемы:

 

При расчете динамической устойчивости не учитываем двойную составляющую в характеристики мощности.

 

 

 

.

 

 

6.2 Аварийный режим (режим короткого замыкания)

 

 

Рисунок 14 – Схема сети при аварийном режиме

 

Составим схему замещения аварийного режима:

 

Рисунок 15 – Схема замещения аварийного режима

 

Определим эквивалентное сопротивление схемы:

;

и — результирующие сопротивления схем обратной и нулевой последовательностей.

 

Составим схему замещения обратной последовательности:

 

Рисунок 16 – Схема замещения обратной последовательности

 

 

Составим упрощенную схему:

 

Рисунок 17 – Упрощенная схема замещения обратной последовательности

 

Сопротивление источника бесконечной мощности

;

;

 

Составим схему замещения нулевой последовательности, при составлении схемы не учитываем :

 

 

Рисунок 18 – Схема замещения нулевой последовательности

Составим упрощенную схему:

 

Рисунок 19 – Упрощенная схема замещения нулевой последовательности

 

 

 

 

 

 

6.3 Послеаварийный режим

 

 

Рисунок 20 – Схема сети послеаварийного режима

 

 

 

Составим схему замещения послеаварийного режима:

 

Рисунок 21 – Схема замещения послеаварийного режима

 

 

 

 

6.4 Определение предельного угла отключения

 

Сведем необходимые данные:

; ; ; ;

Определим :

Т.о. появляется возможность рассчитать :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.5 Угловые характеристики

 

Рисунок 22 – Угловые характеристики

Площадь ускорения и торможения приблизительно равны.

 

6.6 Определение предельного времени отключения

 

 

 

Избыточная мощность на 1-ом интервале:

 

Приращение угла на 1-ом интервале:

 

Значение угла на 1-ом интервале:

 

2-ой интервал:

 

 

 

3-ий интервал:

 

 

 

4-ый интервал:

 

 

 

5-ый интервал:

 

 

 

6-ой интервал:

 

 

 

7-ой интервал:

 

 

 

8-ой интервал:

 

 

 

9-ый интервал:

 

 

 

10-ый интервал:

 

 

 

11-ый интервал:

 

 

 

12-ый интервал:

 

 

 

13-ый интервал:

 

 

 

14-ый интервал:

 

 

 

15-ый интервал:

 

 

 

16-ый интервал:

 

 

 

17-ый интервал:

 

 

 

18-ый интервал:

 

 

 

На интервале 19 ожидается превышение .

19-ый интервал — интервал отключения:

 

 

 

 

 

Далее расчеты продолжаются, но уже на интервале торможения.

20-ый интервал:

 

 

 

21-ый интервал:

 

 

 

22-ый интервал:

 

 

 

23-ый интервал:

 

 

 

24-ый интервал:

 

 

 

25-ый интервал:

 

 

 

26-ой интервал:

 

 

 

27-ой интервал:

 

 

 

28-ой интервал:

 

 

 

29-ый интервал:

 

 

 

30-ый интервал:

 

 

 

Система динамически устойчива

Сведем расчетные данные в таблицу для построения зависимости угла от времени.

 

Таблица 3 – Зависимость угла от времени

 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

, º

15,5 15,85 16,89 18,61 20,98 24 27,63 31,83 36,56 41,77

 

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

, º

47,42 53,46 59,85 66,55 73,52 80,74 88,19 95,86 103,8 111,9

 

20 21 22 23 24 25 26 27 28 29

, º

117,3 122,4 126,5 129,6 131,9 133,4 134,2 134,3 133,7 132,3

 

Построим график зависимости угла от времени:

 

 

Рисунок 23 — Зависимость угла от времени

 

Из графика можно определить время отключения предельное:

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

В данной курсовой работе был произведен расчет параметров передачи генераторной станции, работающей на шины бесконечной мощности, при различных типах генераторов, определены пределы передаваемой мощности и коэффициенты запаса статической устойчивости системы, а также выявлено влияния коэффициента мощности нагрузки на коэффициент запаса статической устойчивости.

Для данной системы были проведены проверки на статическую, при отклонение ротора на один градус от положения установившегося режима, и динамическую, при двухфазном КЗ на землю одной из параллельных линий вблизи шин генераторной станции, устойчивости.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

1 Справочник по проектированию электрических сетей/под ред. Д.Л. Файбисовича. – М. : ЭНАС, 2005. – 320с. : ил.

2 Столбов Ю.А. Электромагнитные переходные процессы в системах электроснабжения: Учебное пособие с примерами и иллюстрациями. – Челябинск: Изд. ЮУрГУ, 2000. – 251 с.

3 Жданов П.С. Вопросы устойчивости электрических систем / Под ред. Л.А. Жукова. – М.: Энергия, 1979

4 Копылов И.П. Электрические машины: учебное пособие/И.П. Копылов. – М. : Высшая школа, 1986. – 360с. : ил.

5 Указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования/под ред. Б.Н. Неклепаева. – 3-у изд., перераб. и доп. – М. : ЭНАС, 2006. – 143с. : ил.

6 Правила устройства электроустановок. Издание седьмое. —