Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ЗАДАНИЕ

НА КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ (КУРСОВУЮ РАБОТУ)

По курсу «Новые информационные технологии в энергетике»

Студенту Моисееву И.Д.

(фамилия, инициалы)

Тема проекта «Использование MATLAB для решения задач в электроэнергетике»



Исходные данные

Технические данные трансформатора:

Тип: ТДНС-10000/35;

Мощность: 10 МВА;

Напряжение обмоток: ВН -36.75кВ, НН - 6.3кВ; U_k - 8 %; ДP_кз -65 кВт; I₀ - 0.8 %.

Расстояние линии примем: 50км. Удельное сопротивление линии: .

Переходные процессы: данные цепи:

Рекомендуемая литература MATLAB в электроэнергетике:учеб. пособие /М.А. Новожилов. - Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2008. - 208 с.

Графическая часть на ______________ листах.

Дата выдачи задания “______” __________________________20 г.

Дата представления проекта руководителю “______” ___________20 г.

Руководитель курсового проектирования (курсовой работы) Пионкевич В.А

(ФИО. Подпись)



Содержание

• Введение
• 1. Расчет токов короткого замыкания
• 1.1 Расчет параметров модели воздушной ЛЭП
• 1.2 Расчет параметров модели трансформатора
• 1.3 Параметры модели нагрузки
• 1.4 Модель системы
• 1.5 Процедура расчетов на модели системы
• 2. Рассчитать и построить аппроксимирующую характеристику повторяемости скоростей ветра
• 3. Переходные процессы
• Заключение
• Библиографический список



Введение

Эффективный подход к компьютерной реализации научно-технических расчетов и, в частности, расчетов электрических цепей в современных условиях связан с применением универсальных вычислительных систем, таких как MATLAB и др.

Система MATLAB является одним из эффективнейших средств выполнения расчетов, визуализации их результатов, обработки данных эксперимента, их анализа и моделирования. Формулировка задач и схема их решения средствами MATLAB изображаются понятными математическими выражениями, близкими к традиционным формулам, связывающим векторные или особенно если они имеют матричную или векторную форму, быстрее чем с помощью программ, написанных на «скалярных» языках типа С или ФОРТРАН. Программы, составляемые для сравнительно несложных вычислений в среде MATLAB, компактны и являются продуктами «разового» пользования. Вместе с тем на базе MATLAB могут создаваться и большие программные комплексы, предназначенные для решения сложных прикладных задач.

В первой части работы мы проведем расчет токов короткого замыкания в разных точках системы электроснабжения. Во второй части мы рассчитаем аппроксимирующую характеристику повторяемости скоростей ветра. В третьем разделе мы производили расчет в линейных электрических цепях постоянного тока.



1. Расчет токов короткого замыкания

Используя библиотеки Simulink и SimPowerSystems набрать в трехфазном исполнении модель системы электроснабжения, схема которой представлена на рисунке. Уровни напряжения системы определяются уровнями напряжения трансформатора на его высокой и низкой стороне.

1. 1 Расчет параметров модели воздушной ЛЭП

Активное и индуктивное сопротивление ВЛ определяется выражениями:

- реактивное сопротивление схемы замещения линии;

-активное сопротивление схемы замещения линии,

где - погонное реактивное сопротивление линии, Ом/км;

- погонное активное сопротивление линии, Ом/км;

Протяженность воздушной ЛЭП зависит от напряжения на высокой стороне трансформатора и выбирается согласно таблице, здесь же выбираем приближенные значения удельных индуктивных сопротивлений

ЛЭП.

Сечение провода рассчитывается по экономической плотности тока

j_эк в соответствии с выражением:

F_ЭК

где F_эк - сечение провода; j_эк - экономическая плотность тока, которую следует принять равной j_эк = 1,1 А/мм2; I_ном - ток по линии, в данном случае соответствующей номинальной мощности трансформатора на высоком напряжении. Его можно вычислить по выражению

По рассчитанному сечению F_эк выбирается ближайшее большее сечение провода в соответствии с таблицей

Активное удельное сопротивление провода рассчитывается по формуле:

где с - удельное сопротивление металла или сплава, из которого изготовлен провод, Ом·мм²/км; F_пр - сечение провода, выбранное из ряда

номинальных сечений выпускаемых промышленностью проводов. Приближенно можно принять как для алюминиевых, так и для сталеалюминиевых проводов воздушных линий значение с = 32 Ом·мм²/км.

Вычисляем данные в системе MATLAB



Исходные данные:

№	Тип	Мощность, МВА	Напряжение обмоток, кВ	Uк,%	Ркз,кВт	I0,%
			ВН	НН
7	ТДН- 10000/35	10	36,75	6,3	8	65	0,8

Расстояние линии примем: 50км.

Удельное сопротивление линии:

Индуктивное сопротивление линии согласно ВН тр-ра (36,75.кВ):

Вычисляем номинальный ток по линии:

Вычисляем сечение провода:

Выбираем марку провода АС-150

Вычисляем активное сопротивление линии:

1. 2 Расчет параметров модели трансформатора

В настроечной коробке двух обмоточного трехфазного трансформатора задаются его параметры, соответствующие параметрам схемы замещения одной фазы трансформатора.

Параметры схемы замещения трансформатора рассчитываются по следующим выражениям:

Сопротивления ветви намагничивания:

где ?P_кз, ?P_xx, S_н задается в МВА, U_н в кВ.

В двух обмоточном трансформаторе сопротивление первичной обмотки близко к приведенному сопротивлению вторичной обмотки, т.е. = ,

Вычисляем данные в системе MATLAB

По каталожным данным ?P_xx = 10 КВт, за базовое напряжение принимаем U.

Вычисляем сопротивления:

Сопротивления ветви намагничивания:

1.3 Параметры модели нагрузки

Мощность нагрузки соответствует номинальной мощности трансформатора. Нагрузка моделируется блоком 3 PhaseParallel RLC Load на напряжении обмотки низкой стороны трансформатора. Коэффициент мощности нагрузки принять равным cosц =0,85 при активно-индуктивной нагрузке.

Вычисляем данные в системе MATLAB

1. 4 Модель системы

Система моделируется блоком 3 PhaseSourсe. Следует учитывать, что системы напряжением 35, 10, 6 кВ имеют изолированную нейтраль. В этой связи обмотка трансформатора, подключенная к трехфазному источнику с номинальным уровнем напряжения 35, 10, 6 кВ, должна быть соединена в треугольник.

Активное внутреннее сопротивление источника принимается равным нулю, а индуктивное рассчитывается по выражению:

где Uном - номинальное напряжение сети,

- ток трехфазного короткого замыкания в сети, значение которого следует принять равным 50 кА.

Вычисляем данные в системе MATLAB

1. 5 Процедура расчетов в на модели системы

Установить трехфазный короткозамыкатель в одной из точек схемы системы, и настроить его на трехфазное КЗ, время короткого замыкания выбираем от 0,02 до 0,04 с. Установить в модели измерительные приборы. Установить параметры моделирования в опции Simulation, соответствующие особенностям модели. Запустить модель. Выбрать фазу, ток короткого замыкания в которой имеет наибольшее значение максимального переходного тока (это фаза с начальным значением напряжения в трехфазном источнике равном нулю).

Расчет тока КЗ в т.1:

Короткое замыкание в точке К1

электроснабжение автоматизация математический программа

Периодическая и апериодическая тока КЗ в т.2:

Определим графически постоянную времени апериодической составляющей переходного тока: из графиков видно что время до установившегося режима КЗ равно 0,17 с. т.е от 0,1 до 0,27с.

Максимального значения переходного (ударного) тока КЗ равно 1603 А.

Расчет тока КЗ в т.2:

Короткое замыкание в точке К2

Периодическая и апериодическая тока КЗ в т.2:

Определим графически постоянную времени апериодической составляющей переходного тока: из графиков видно что время до установившегося режима КЗ равно 0,32 с. т.е от 0,1 до 0,42с.

Максимального значения переходного (ударного) тока КЗ равно 2737 А.



2. Рассчитать и построить аппроксимирующую характеристику повторяемости скоростей ветра

Рассчитать и построить аппроксимирующую характеристику повторяемости скоростей ветра по многолетним данным фактических наблюдений.

Для метеостанции “Узур-май.” в марте фактическая повторяемость скоростей ветра по многолетним данным фактических наблюдений составляет:

, м/с	0-1	2-3	4-5	6-7	8-9	10-11	12-13	14-15	16-17
, м/с	0,5	2,5	4,5	6,5	8,5	10,5	12,5	14,5	16,5
, ‰	180	395	227	106	60	23	6	1	1

где - интервалы градаций скоростей ветра, - средняя скорость в интервале, - повторяемость скоростей ветра в интервале в процентилях (тысячных процентах). Средняя скорость в течение периода наблюдений

Где z- градаций скоростей ветра в исходных данных.

Решение:

Задача аппроксимации состоит в том, чтобы гистограмму повторяемости скоростей ветра, являющейся дискретной функцией от скорости ветра, превратить в непрерывную функцию вероятности появления скоростей ветра для любого заданного значения скорости ветра .

Для аппроксимации воспользуемся двухпараметрическим распределением Вейбулла, имеющее следующее выражение:

где - интервал градаций скоростей ветра, - текущая скорость ветра, - параметры распределения Вейбулла.

Для определения параметров уравнения Вейбулла используются следующие расчетные соотношения:

где - коэффициент вариации, подсчитываемый по формуле:

- Гамма-функция - интегральное преобразование, определяемое выражением:

В выражении для коэффициента вариации: - относительный начальный момент второй степени, - число градаций скоростей ветра, при которых фактическая повторяемость больше нуля.

Проведем вычисления:

Программа аппроксимации фактической повторяемости распределением Вейбулла:

v=[0.5 2.5 4.5 6.5 8.5 10.5 12.5 14.5 16.5]

t=[180 395 227 106 60 23 6 1 1]

a=v*(t')*0.001

b=(v,^2)*(t')*0.001

m=b/(a^2)

Cv=sqrt(m-1)

gamma=1/Cv

GF=gamma*(1+1/gamma)

beta=a/GF

1.5064;

Строим график , задавая значение текущей скорости ветра от 0 до с дискретностью и вычисляя повторяемость при найденных параметрах распределения Вейбулла.

v=0:0.5:17; t=(2/beta)*((v/beta).^(gamma)).*exp(-(v/beta).^gamma)*100

plot(v,t); grid on;

Для определения среднегодовой удельной энергии ветрового потока воспользуемся следующим выражением:

где кг/м² - плотность воздуха, - число часов в году.

Вычисление годовой удельной энергии ветрового потока:

v=[0.5 2.5 4.5 6.5 8.5 10.5 12.5 14.5 16.5]

t=[180 395 227 106 60 23 6 1 1]

A=(v.^3)*(t')*0.001

A = 4.6113

W=A*0.5*1.22*8760

W = 2.4641e+004

3. Переходные процессы

Рассчитать переходные процессы в линейной электрической цепи постоянного тока, представленной на рисунке, вызванные включением коммутационного аппарата (выключателя).

Данные цепи:

Определить:

Решение:

Переходный процесс рассчитывается с использованием программы Simulink и ее расширения SimPowerSystem системы MatLab. Для выполнения расчета следует:

1) набрать схему электрической цепи:

2) обработать осциллограммы переходных процессов:

Зададим время симуляции с 0 до 0,05 секунд, а время включения выключателя установим на 0,02

3) определить приближенно время переходного процесса:

из осциллограммы приблизительно можно назвать время переходного процесса - от 0,02 до 0,0238 с., т.е. 0,0038 с. после включения выключателя.



Заключение

В ходе изучения этой дисциплины мы ознакомились с основами построения системы MATLAB. MATLAB -- одна из систем автоматизации математических расчетов, построенная на расширенном представлении и применении матричных операций и применима для практических расчетов в любой области науки и техники, в том числе в электроэнергетике.

В первом разделе нашей курсовой работы достаточно рассчитать необходимые данные для ввода в программу и в результате мы получаем точные графики токов короткого замыкания, с помощью которых уже легко вычислить все необходимые нам значения, к примеру, такие как ударная сила тока, апериодическая и периодическая составляющие тока короткого замыкания.

Во втором разделе для построения аппроксимирующей характеристики повторяемости скоростей ветра использовалась графическая составляющая MATLAB.

В третьем разделе мы производили расчет в линейных электрических цепях постоянного тока.

Овладение основным приемам работы с программой позволяет нам резко сократить затраты времени на такой рутинный элемент учебной работы, как построение графиков по результатам вычислений и экспериментов при выполнении расчетных заданий и отчетов.

Библиографический список

1. MATLAB в электроэнергетике:учеб. пособие /М.А. Новожилов. - Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2008. - 208 с.

2. Новгородцев, А.Б. Расчет электрических цепей в MATLAB| Текст |: Учебный курс. А.Б. Новгородцев. - СПб.: Питер, 2004. - 250 с.: ил. ISBN 5-94723-699-0

3. Дьяконов, В.П. MATLAB 6/6.1/6.5 + Simulink 4/5/. Основы применения | Текст |: Полное руководство пользователя. В.П. Дьяконов. М.: СОЛОН-Пресс. - 2002. - 768 с. ISBN 5-98003-007-7

4. Мартынов Н.Н. Введение в MATLAB.-М.: КУДИЦ-ОБРАЗ, 2002 - 352 с.

5. Федоренков А.П. Кимаев А.М. AutoCAD 2002: практический курс.- М.; Издательство “Десс Ком”, 2002. -576 с., ил.

Размещено на Allbest.ru

...