Разработка системы электроснабжения для промышленного предприятия

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Анализ и статистическая обработка графиков нагрузок

1.1 Обработка графиков электрических нагрузок

1.2 Статистическая обработка графиков нагрузок

1.3 Расчет доверительного интервала средней величины и дисперсии

2. Составление схемы замещения сети и расчет ее параметров

2.1 Выбор оборудования систем электроснабжения

3. Расчет установившегося режима системы электроснабжения

3.1 Алгоритм расчета схемы замещения электрической цепи по методу узловых напряжений

Заключение

Список использованной литературы

Приложение А

Приложение Б

Приложение В

ВВЕДЕНИЕ

При проектировании и эксплуатации системы электроснабжения промышленного предприятия требуется решать разнообразные задачи, связанные с анализом установившихся режимов ее работы. Для этого широко применяются вычислительные методы высшей математики.

Так расчет установившихся режимов электрических сетей сводится к составлению и решению системы линейных (и нелинейных) алгебраических уравнений с использованием понятий, которые хорошо известны из общего курса математического анализа.

Кроме того, в расчетах часто приходится иметь дело с вероятностно заданной информацией об электрических нагрузках, генерируемых мощностях источников и т.п. Необходимость в учете случайного характера исходных данных приводит к усложнению электроэнергетических задач.

Значительный объем постановочной задачи, большая размерность фактических объектов исследования, затрудняют их «классическое» решение. Поэтому основное внимание в указаниях сосредоточено на методах, которые способны существенно упростить и в максимальной степени формализовать процедуру расчета. Это создает предпосылки для применения в расчетах персональных ЭВМ: не только для производства вычислений, но и для выбора рационального решения и последующего его анализа.

При этом современные математические программные пакеты позволяют довольно просто и наглядно решать подобные инженерные задачи без знания языков программирования, а также обладают богатыми графическими возможностями для визуализации результатов расчета. В большинстве подобных программ используются общепринятые математические обозначения и интуитивно понятные имена встроенных функций, что облегчает работу с ним пользователям, не знакомым с программированием.

В целях стимулирования самостоятельной работы в данном издании нет готовых числовых примеров. Здесь приводятся только основные формулы, алгоритмы и порядок оформления расчетов. Их практической реализацией на ЭВМ и, тем более, аналитической работой каждый студент занимается самостоятельно, при необходимости консультируясь с преподавателем.

1. АНАЛИЗ И СТАТИСТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ГРАФИКОВ НАГРУЗОК

1.1 Обработка графиков электрических нагрузок

Согласно заданию распределим часы максимальной активной и реактивной нагрузки (для узлов A, B, C, D). Графики нагрузок всех узлов представлены в приложении А.

Часы максимальной нагрузки питающей энергосистемы:

- Утро - 9-11ч;

- Вечер - 18-22ч.

Часы минимальных нагрузок:

- Ночью - 0-5ч.

Таблица 1.1 - Распределение нагрузок узла А



Рисунок 1.1 - График активной нагрузки узла А

1.2 Статистическая обработка графиков нагрузок

Проведем статистическую обработку данных активной мощности для узла А утреннего максимума. Все расчеты проводятся в программе MS Excel 2007 таблично.

Формулы, необходимые для расчета:

где P_i, Q_i - активная и реактивная мощности на i-й ступени графика, МВт, МВАр; n - количество ступеней графика нагрузки.

Среднеквадратическое отклонение:

Выборочная дисперсия:

Коэффициент вариации - относительный разброс случайной величины относительно ее математического ожидания:

1.3 Расчет доверительного интервала средней величины и дисперсии

Для определения достоверности точечных оценок, полученных с ограниченного массива данных, в математической статистке интервалы:

Доверительный интервал средней величины:

где t_{n - 1, a} - коэффициент распределения Стьюдента с n-1 степенями свободы и уровнем достоверности б (обычно принимается б=0,95)

Доверительный интервал стандартного отклонения (дисперсия):

где - коэффициенты распределения Пирсона при (n -1) степенях свободы и статистической надежности в.

Параметр t_{n - 1, a} определяется по справочным таблицам. Как видно из выражения, количество замеров обеих величин должно быть одинаковым.

Для определения достоверности точечных оценок, полученных с использованием ограниченного массива данных, в математической статистике рассматриваются доверительные интервалы.

Доверительный интервал для активной мощности утреннего максимума узла А по формуле

Дисперсия для активной мощности утреннего максимума узла А по формуле (1.11):

Результаты расчетов с помощью MS Excel сведены в таблицу 1.2.

Таблица 1.2 - Результаты расчетов доверительного интервала и дисперсии

2. СОСТАВЛЕНИЕ СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ СЕТИ И РАСЧЕТ ЕЕ ПАРАМЕТРОВ

При проектировании и эксплуатации системы электроснабжения промышленного предприятия требуется решать разнообразные задачи, связанные с анализом установившихся режимов ее работы. Для этого широко применяются вычислительные методы высшей математики.

Так расчет установившихся режимов электрических сетей сводится к составлению и решению системы линейных (и нелинейных) алгебраических уравнений.

2.1 Выбор оборудования систем электроснабжения

Параметры ВЛЭП, КЛЭП и трансформаторов берутся из справочников.

Рассчитаем сопротивления по формулам:

где r , x - погонные активное и реактивное сопротивления, Ом/км; l - длина линии, км;

n - количество параллельно работающих цепей ЛЭП.

Сопротивления силовых трансформаторов определяем по формулам, для 7 ветви:

где n - количество параллельно работающих трансформаторов; Др - потери активной мощности в опыте короткого замыкания, кВт; U - напряжение короткого замыкания, %; U напряжение обмотки ВН трансформатора, кВ; S - номинальная мощность трансформатора, кВА.

Таблица 2.1 - Параметры оборудования



Рисунок 2.1 - Схема замещения сети

Таблица 2.2 - Сопротивления линий схемы замещения

3. РАСЧЕТ УСТАНОВИВШЕГОСЯ РЕЖИМА СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Применяя теорию графов к электрическим цепям, в схеме замещения выделяют узлы, независимые контуры, дерево и хорды. Затем все элементы последовательно нумеруются, а их взаимное положение описывается специальными матрицами.

3.1 Алгоритм расчета схемы замещения электрической цепи по методу узловых напряжений

- Составим матрицу сопротивлений ветвей - Z Ом

- Составим матрицу первой инцинденций - M

- Рассчитаем матрицу узловых проводимостей, Ом^-1

- Рассчитаем матрицу узловых сопротивлений, Ом

- Рассчитаем узловые токи для максимумов и минимумов нагрузки

(3.1)

где

- U - Напряжение на высокой стороне, кВ

- Рассчитаем узловые напряжения, кВ

- Рассчитаем токи в ветвях, кА

- Выделим токи в КЛЭП из матрицы I и разделим на коэффициент трансформации

- Напряжения в ветвях ЛЭП, кВ

- Расчеты производятся с помощью программного пакета MathCad.

Рисунок 3.1 - Направленный граф

Матрица сопротивлений ветвей

Матрица первой инценденции

Матрица узловых проводимостей, Ом^-1

электрический нагрузка электроснабжение система

Матрица узловых сопротивлений, Ом

Матрицы узловых токов на примере узла ночного минимума, А

Матрицы узловых напряжений на примере узла ночного минимума, В

Матрицы токов в ветвях на примере узла ночного минимума, А

Матрицы токов в ВЛЭП на примере ночного минимума, А

Матрицы напряжений в ветвях ЛЭП на примере ночного минимума, В

Проверку по первому закону Кирхгофа выполним для ночного минимума для всех узлов:

Таблица 3.1 - Уравнения токов в узлах режима ночного минимума

Проверка всех узлов представлена в приложении Б, а рассчитанные параметры токов и напряжений в ветвях и узлах схемы для режимов утреннего и вечернего максимумов - в приложении В.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проанализировав и проведя статистическую обработку графиков статистических нагрузок, было определенно, что P_ср для узла А утреннего максимума равна 99,87 МВт, для узла А вечернего максимума равна 88,64 МВт, для узла А ночного минимума равна 92,92 МВт, для утреннего максимума узла B равна 76,29 МВт, для вечернего максимума узла B равна 77,52 МВт, для узла B ночного минимума равна 70,08 МВт, для узла С утреннего максимума равна 24,02 МВт, для узла С вечернего максимума равна 19,74 МВт, для ночного минимума равна 23,62 МВт, для узла D утреннего максимума равна 42,13 МВт, для узла D вечернего максимума равна 41,23 МВт, для узла D ночного минимума равна 39,75 МВт. Стандартное отклонение для утреннего максимума узла А равно 3,01 МВт, для вечернего максимума узла А равно 15,25 МВт, для ночного минимума узла А равно 2,56 МВт, для утреннего максимума узла В равна 3,61 МВт, для вечернего максимума узла В равна 2,69 МВт, для ночного минимума узла В равна 3,27 МВт, для утреннего максимума узла С равна 0,432 МВт, для вечернего максимума узла С равна 0,49 МВт, для ночного минимума узла С равна 0,95 МВт, для узла D утреннего максимума равна 0,58 МВт, для узла D вечернего максимума равна 1,62 МВт, для узла D ночного минимума равна 1,11 МВт.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Белых Г.Б., Методическая разработка к курсовой работе по дисциплине «Математические задачи энергетики и применение ЭВМ» Для студентов всех форм обучения специальности 140211. [Текст] / Белых Г.Б, Шеметов А.Н. - Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ им. Г.И. Носова», 2005.-- 46с.

2. Шеметов А.Н. Анализ установившихся режимов системы электроснабжения промышленного предприятия: методические указания к курсовой работе по дисциплине «Математические задачи энергетики и применение ЭВМ» для студентов направления 140400 «Электроэнергетика и электротехника», профиль «Электроснабжение» [Текст] / Шеметов А.Н., Николаев А.А. - Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2012. - 40с.

3. Голинец М.В. Справочник по проектированию электроэнергетических систем [Текст] / Голинец М.В., Ершевич В.В., Зейлигер А.Н. - Москва: Изд-во «Энергия», 1977. - 288 с.:ил.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Таблица А.1 - График нагрузки узла В

Рисунок А.1 - График активной нагрузки узла В



Рисунок А.2 - График реактивной нагрузки узла В

Таблица А.2 - график нагрузок узла С

Рисунок А.3 - График активной нагрузки узла C

Рисунок А.4 - График реактивной нагрузки узла С

Таблица А.3 - Графики нагрузок узла D

Рисунок А.5 - График активной нагрузки узла D

Рисунок А.6 - График реактивной нагрузки узла D

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Таблица Б.1 - Проверка токов в узлах*

*1 - Номер узла; 2 - Уравнение для проверки; 3 - Пиковое время (Н - ночной минимум, У - утренний максимум, В - вечерний максимум); 4 - Проверка уравнения в MathCad

ПРИЛОЖЕНИЕ В

Токи в узлах, А

- для утреннего максимума

- для вечернего максимума



Напряжения в узлах, В

- для утреннего максимума

- для вечернего максимума

Токи в ветвях, А

- для утреннего максимума



- для вечернего максимума

Напряжения в ветвях, В

- для утреннего максимума

- для вечернего максимума



Размещено на Allbest.ru

...