Исследование устойчивости в электроэнергетической системе

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ИВАНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени В.И. Ленина»

Курсовая работа по дисциплине

«Переходные процессы» на тему:

«Исследование устойчивости в электроэнергетической системе»

Выполнил:

студент группы IV-28^х

Смирнов И.О.

Проверил: Москвин И.А.

Иваново 2012

Исходные данные

Схема исследуемой сети показана на рис. 1.

Вариант 248

Рис.1. Схема исследуемой сети

Исходные данные для расчёта устойчивости ЭС.

Активные и реактивные мощности эквивалентного генератора станции и нагрузки, напряжения эквивалентного генератора станции:

Р_го = 0,84 о.е. , Q_го = 0,45 о.е. , U_го = 1,01 о.е. ,

Р_н = 0,1 о.е. , Q_н = 0,067 о.е.

Параметры системы:

Трансформаторы:

Сопротивление трансформатора: x_т = 0,122 о.е.,

Сопротивление автотрансформатора: x_ат = 0,088 о.е.

Линия:

Сопротивление линии: x_л = 0,21 о.е.,

Сопротивление нулевой последовательности линии:

x_ло =о.е.=1.368 о.е.

Нагрузка:

Сопротивление нагрузки обратной последовательности: x_н2 = 3,74 о.е.,

Сопротивление нагрузки нулевой последовательности: x_но = 3,38 о.е.

Эквивалентный генератор:

Синхронные сопротивления: x_d = 1,57 о.е. , x_q = 0,93 о.е.,

Переходное сопротивление: x'_d = 0,41 о.е.,

Сопротивление обратной последовательности эквивалентного генератора: x_г2 = 0,307 о.е.,

Постоянная инерции: Т_j = 9,9 с,

Коэффициент демпфирования: D = 1,25 о.е.,

Постоянная времени обмотки возбуждения: Т_в = 5,1 с.

АРВ:

Коэффициент по отклонению напряжения: К_OU = 112,

Коэффициенты по производным угла: = 2,6 , = 0,8.

Постоянная времени возбудителя и регулятора: Т_е = 0,091 с.

Данные о КЗ:

Место короткого замыкания точка К₁,

Вид КЗ: однофазное (К⁽¹⁾),

Длительность КЗ: t_кз = 0,6 с.

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 величины будут оставаться неизменными на протяжении всего цикла динамических переходов, включая нормальный, аварийный и послеаварийный режимы.

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 = 0,84 - 0,1 - 0 = 0,74.

; Q = 0,45 - 0,067 - 0,109 = 0,274.

Напряжение на шинах приемной системы:

; (1.4)

.

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	30	40	44	50	60	70	80	90	100	110	120	130	140	150	160	170	180
Pг()	0.0139	0.232	0.43	0.615	0.782	0.84	0.925	1.04	1.12	1.17	1.19	1.17	1.11	1.02	0.898	0.75	0.579	0.391	0.191	0.0139

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

Расчет сопротивления аварийного шунта для однофазного короткого замыкания

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.

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

Определение аварийного шунта для двухфазного КЗ

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 иллюстрируются распечатками их программы RRSwin.

Угловой характеристики мощности генератора для аварийного режима показаны в табл.1.2.

Табл.1.2.

Угол	0	10	20	30	40	44	50	60	70	80	90	100	110	120	130	140	150	160	170	180
Pг()	0.005	0.13	0.247	0.356	0.455	0,496	0,54	0,608	0,659	0,689	0,698	0,686	0,654	0,601	0,531	0,444	0,344	0,234	0,116	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

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	30	40	44	50	60	70	80	90	100	110	120	130	140	150	160	170	180
Pг()	0,0134	0,228	0,409	0.578	0,73	0,785	0,86	0,965	1,04	1,08	1,1	1,08	1,02	0,938	0,826	0,689	0,532	0,359	0,175	0,0134

График угловой характеристики показан на рис. П-2.

Отдельные точки построенного графика иллюстрируются распечатками их программы RRSwin и показаны на рис. 1.8,1.9,1.10.

Рис.1.8

Рис.1.9



Рис.1.10

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 44 град.

Графическое определение методом площадей предельного угла отключения показало, что этот угол в нашем случае составляет 82.5 град.

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 интервала и в начале второго.

Дальнейшие вычисления ведутся аналогично.

Предельное время отключения КЗ составляет 0.243 с;

Изображение максимального значения угла при синхронных качаниях ротора показано на рис. П-3.

Т.е. в данном случае динамическая устойчивость не сохранится без принятия соответствующих мер по ликвидации АР (асинхронного режима).

Следовательно, для сохранения динамической устойчивости следует:

o уменьшить время КЗ путём, например, замены масляных выключателей на воздушные (с меньшим собственным временем отключения), изменения уставок РЗ (релейной защиты).

o применять АПВ (автоматику повторного включения).

сопротивление сеть замыкание генератор

Оценка устойчивости системы на основе анализа характеристического уравнения

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

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:

С помощью программы RRSwin определяем параметры исходного режима. Полученные результаты заносим в табл. 2.1.

Табл. 2.1

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

При этом ЭДС рассчитываются по формулам:

(2.8)

(2.9)

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)

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

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.

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	-				0
2	-			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.

Определение запаса апериодической статической устойчивости ЭЭС

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 д 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.

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.

Табл.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

Ниже на рис.3.2. представлены угловые характеристики Р_Г(?) и U_Г(?).

Рис.3.2.

Приближенный учет АРВ-СД за счет представления генератора неизменным напряжением U_Г0

Рассчитываем по программе RRS режимы ЭЭС, утяжеленные по углу ?_U напряжения генератора U_Г 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.

Определение коэффициента запаса статической системы по активной мощности

По каждой из полученных кривых Р_Г(?) и Р_Г(?_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.

Исследование на ЭВМ влияния различных факторов на устойчивость ЭЭС

Определение собственных и взаимных проводимостей исследуемой ЭЭС с помощью программы RRSwin. При этом генератор представляем синхронными параметрами.

Определение собственной проводимости.



В нашем случае собственная проводимость численно равна току в ветви с генератором.

; град; град.

Определение взаимной проводимости.

В нашем случае взаимная проводимость численно равна току в ветви с генератором

; град; град.

Размещено на Allbest.ru

...