Определение влияния баланса активных мощностей между генератором и нагрузкой на частоту в энергосистеме

Имитационное моделирование системы электроснабжения, состоящей из синхронного генератора, двухобмоточного трансформатора и трех нагрузок. Определение влияния баланса мощностей электроэнергии на частоту питающего напряжения в энергетической системе.

Рубрика Физика и энергетика
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 30.04.2018
Размер файла 278,5 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Омский Государственный Технический Университет

Определение влияния баланса активных мощностей между генератором и нагрузкой на частоту в энергосистеме

Шепелев А.О., Кулинич И.О.,

Шакенов Е.Е., Плотников Д.И., Артамонова Е.Ю.

Магистрант, Студент, Аспирант

Аннотация

электроснабжение генератор трансформатор напряжение

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛИЯНИЯ БАЛАНСА АКТИВНЫХ МОЩНОСТЕЙ МЕЖДУ ГЕНЕРАТОРОМ И НАГРУЗКОЙ НА ЧАСТОТУ В ЭНЕРГОСИСТЕМЕ

В статье рассматривается имитационное моделирование системы электроснабжения, состоящей из синхронного генератора, двухобмоточного трансформатора и 3-х нагрузок. Определяется влияние баланса мощностей между генератором и активными нагрузками на частоту питающего напряжения в энергосистеме. Показано, что при дефиците активной мощности происходит снижение частоты, которое может привести к различного рода авариям. Также в работе отмечается, что при снижении частоты питающего напряжения происходит ухудшение работы асинхронных двигателей собственных нужд электростанции.

Ключевые слова: имитационное моделирование, баланс активной мощности, частота напряжения

Abstract

Shepelev A.O.1, Kulinich I.О.2, Shakenov E.E.2, Plotnikov D.I.2, Artamonova E.Y.3

1Undergraduate student, 2Student, 3Postgraduate student,

Omsk State Technical University

DETERMINATION OF THE INFLUENCE OF BALANCE ACTIVE POWER BETWEEN THE GENERATOR AND LOAD ON THE FREQUENCY IN THE POWER SYSTEM

The article carried out the simulation of the power supply system consisting of a synchronous generator, two-winding transformer and 3-loads. It determines the effect of the balance of power between the generator and the active loads to the frequency of the supply voltage in the power system. It is shown that the active power deficiency takes place decrease in frequency, which can lead to various kinds of accidents. Also in the article that while reducing the frequency of the supply voltage, the deterioration of the asynchronous motors of own needs power

Keywords: simulation, active power balance, voltage frequency.

Электрические станции, подстанции, линии электропередачи, приёмники электрической энергии как составляющие любой электрической сети взаимосвязаны между собой процессами генерации, передачи, распределения, а также её потребления. Из-за того, что накопление больших объёмов электрической энергии затруднено, то данные процессы являются непрерывными. Обычно, процесс выработки электрической энергии практически совпадает с временем её потребления электроприёмниками. Из этого следует, что мощность, вырабатываемая всеми генераторами электростанций, должна быть строго равна суммарной мощности нагрузки, которая входит в данную электрическую сеть, в любой момент времени. Другими словами, в энергосистеме должен непрерывно соблюдаться баланс активных мощностей, вырабатываемой генераторами и потребляемой нагрузками системы:

   (1)

где  - активная мощность, вырабатываемая электростанциями энергосистемы;

 - суммарная потребляемая активная мощность.

Суммарная потребляемая активная мощность представляет собой сумму 3 следующих составляющих:

   (2)

где  - мощность, потребляемая нагрузками системы;

 - потери активной мощности в элементах электрической системы;

 - активная мощность, необходимая для питания собственных нужд электростанций.

Невыполнение равенства в выражении 1, приводит к нарушению баланса мощностей системы, что в свою очередь ведёт к отклонению параметров ее режима. Баланс активной мощности поддерживается только самой системой, т. е. генераторами системы.

Основными причинами нарушения баланса активной мощности обычно являются:

· аварийное отключение генератора;

· непредусмотренный нормальным режимом работы рост потребления мощности;

· аварийное отключение линий электропередачи или трансформаторов связи на электростанциях.

Если

,

то в энергосистеме происходит рост частоты. Рост частоты можно устранить с помощью уменьшения мощности, вырабатываемой генераторами или отключать часть из них, тем самым обеспечивая регулирование частоты в энергосистеме.

Если

, то в энергосистеме имеет место дефицит вырабатываемой мощности, а следовательно снижение частоты. Снижение частоты требует использование резерва мощности (догрузка уже работающих генераторов или введение генераторов, находящихся в “горячем” резерве) или автоматической частотной разгрузки (АЧР).

В противном случае снижение частоты приведёт не только к браку продукции у потребителей, но и к повреждению оборудования станций (в частности, вращающихся элементов) и развалу системы. Такое явление в энергосистеме принято называть “лавина частоты”. Причины “лавины частоты” легко объяснимы так как в правую часть выражения 1 входит , которая сильно зависит от мощности вырабатываемой самой электростанцией.

Для недопущения таких ситуаций кроме резерва мощности на электрических станциях необходимо иметь резерв по топливу.

На тепловых электрических станциях должен быть обеспечен соответствующий запас топлива (газ, уголь и т.д.), а на ГЭС - запас воды.

Если резерв станций исчерпан, а частота в системе не достигла номинального значения, то в действие вступают устройства АЧР.

Основное назначение данного устройства автоматики является быстрое восстановление баланса мощности при её дефиците. Работа АЧР основана на скорейшем отключении части наименее ответственных потребителей. Автоматика частотной разгрузки является дискретной системой регулирования так как она производит отключение ступенями (или так называемыми очередями) [1].

Для исследования влияния баланса активных мощностей между генератором и нагрузкой на частоту в энергосистеме воспользуемся программным пакетом Matlab Simulink/SimPowerSystem [2].

Имитационная модель рассматриваемой электрической схемы представлена на рис. 1.

Рис. 1 Имитационная модель схемы «генератор-нагрузка»

Имитационная модель состоит из синхронного генератора, двухобмоточного трансформатора и нагрузок. Нагрузка Load 1 моделирует мощность необходимую для собственных нужд электростанции (в данном случае, одиночного генератора). Load 2 постоянная нагрузка, которая присутствует на всём интервале времени. Load 3 нагрузка подключаемая/отключаемая с помощью трёхфазного ключа. Мощности нагрузок представлены в табл. 1.

Таблица 1 Параметры нагрузок потребителей

Load 1, МВт

Load 2, МВт

Load 3, МВт

5

100

25

При моделировании данной схемы электроснабжения в определённый момент времени происходило отключение нагрузки Load 3 с помощью трёхфазного выключателя (начальное положение ключа - замкнутое). Также в работе производилось изменение механической мощности подаваемой на вал генератора турбиной. Рассмотренные значения механической мощности представлены в табл. 2.

Таблица 2 Механическая мощность, подаваемая на вал генератора

Pмех, о.е.

Pмех, о.е.

Pмех, о.е.

0,424

0,524

0,624

Изменение механической мощности подаваемой на вал генератора турбиной моделирует процесс использования резерва мощности.

Изменение частоты в рассматриваемой схеме представлено на рис.2. Синей линией показывается режим, когда вырабатываемая генератором мощность значительно больше необходимой для питания всех нагрузок. Жёлтая линия соответствует режиму, когда, мощности генератора недостаточно для покрытия дефицита мощности в энергосистеме. Красная линия изображает такой режим работы, когда после отключения нагрузки Load 3 происходит выравнивание уровня частоты, и она остаётся на постоянном уровне.

Рис. 2 Изменение частоты в электрической сети при различных значения механической мощности, подаваемой на вал генератора

Изменение частоты питающего напряжения напрямую связанно со скоростью вращения вала генератора. При увеличении частоты в энергосистеме, вал генератора электростанции начинает крутиться сильнее, что в конечно итоге может повредить оборудование или привести к авариям. При уменьшении имеет место снижение скорости вращения вала генератора. Данный процесс снижения может вызвать тяжело устранимый процесс - “лавина частоты”. Изменение скорости вращения вала генератора представлено на рис. 3.

Рис. 3 Изменение скорости вращения вала генератора

График изменения скорости вращения вала генератора представлен только для случая, когда . Как видно из графика, до времени равному 2 секунды, скорость вращения падает, из-за того, что генерируемой мощности не хватает для покрытия мощности нагрузки. После отключения нагрузки Load 3 происходит выравнивание и установление постоянного значения скорости вала генератора. На рис. 4 представлено изменение напряжения на обмотке возбуждения синхронного генератора.

Рис. 4 Изменение напряжения на обмотке возбуждения

Вывод

На основе имитационного моделирования показано влияние баланса активной мощности между генератором и нагрузкой на частоту, питающего напряжения. Как видно, при дефиците активной мощности в энергосистеме происходит снижение частоты, что может привести как к увеличению брака выпускаемой продукции, так и к выходу из строя дорогостоящего оборудования. Стоит отметить, что при снижении частоты питающего напряжения происходит ухудшение в работе асинхронных двигателей собственных нужд электростанции. Ухудшение энергетических показателей асинхронных двигателей собственных нужд может привести к ухудшению ситуации, возникновению “лавины частоты”, а также к крупным авариям в энергосистеме.

Список литературы / References

1. Овчаренко, Н.И. Автоматика электрических станций и электроэнергетических систем: Учебник для вузов / Под ред. А.Ф. Дьякова. - М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2000. - 504 с. - ISBN 5-93196-020-1

2. Черных, И. В. Моделирование электротехнических устройств в Matlab SimPowerSystem и Simulink / И. В. Черных. -М.: ДМК Пресс, 2007. - 288 с. - ISBN 5-94074-395-1.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Составление системы уравнений для расчета токов во всех ветвях электрической цепи на основании законов Кирхгофа. Составление баланса мощностей источников и потребителей электроэнергии. Вычисление значения активных, реактивных и полных мощностей цепи.

    контрольная работа [423,8 K], добавлен 12.04.2019

  • Определение токов и напряжения на всех участках исследуемой цепи. Составление баланса активных мощностей. Построение векторной диаграммы токов и напряжений. Разложение системы токов генератора на симметричные составляющие аналитически и графически.

    задача [812,5 K], добавлен 03.06.2010

  • Баланс активных и реактивных мощностей в энергосистеме. Нормальное отклонение частоты переменного тока. Связь между изменениями частоты и напряжения с изменениями генерируемой активной и реактивной мощностями. Изменение реактивной мощности на входе.

    презентация [601,5 K], добавлен 26.10.2013

  • Определение токов в ветвях цепи и напряжения на резисторах методами контурных токов и узловых потенциалов. Расчет тока в одной из ветвей методами наложения или эквивалентного источника напряжения. Составление баланса активных и реактивных мощностей.

    контрольная работа [2,1 M], добавлен 06.12.2013

  • Характеристика потребителей электроэнергии и определение величины питающего напряжения. Выбор электродвигателей, пусковой и защитной аппаратуры. Расчет электрических нагрузок, компенсация реактивной мощности, создание однолинейной схемы электроснабжения.

    курсовая работа [1,5 M], добавлен 20.01.2010

  • Составление баланса активной и реактивной мощностей генератора и нагрузки. Проверка его выполнимости для симметричного и несимметричного режимов. Расчет фазного и линейного напряжения и мощности генератора. Построение топографической диаграммы токов.

    контрольная работа [374,5 K], добавлен 16.05.2015

  • Особенности определения токов и составления баланса мощностей. Разработка электрической схемы цепи. Определение эквивалентного сопротивления цепи. Расчет токов ветвей источника. Алгоритм составления суммарного баланса мощностей, потребляемых приемниками.

    контрольная работа [1,4 M], добавлен 31.12.2021

  • Назначение системы автоматического регулирования (САР) и требования к ней. Математическая модель САР напряжения синхронного генератора, передаточные функции разомкнутой и замкнутой системы. Определение предельного коэффициента усиления системы.

    курсовая работа [670,0 K], добавлен 09.03.2012

  • Составление баланса мощности в энергосистеме, определение мощности компенсирующих устройств каждой подстанции. Выбор напряжения, конструкции линий, подстанций, сопоставление и отбор наиболее оптимального варианта. Принципы регулирования напряжения.

    дипломная работа [584,5 K], добавлен 04.07.2014

  • Составление баланса активной и реактивной мощностей. Схемы соединений сети. Выбор номинального напряжения и сечений проводов, трансформаторов на подстанциях. Расчет потерь электроэнергии в элементах сети. Определение ущерба от перерыва в электроснабжении.

    курсовая работа [164,2 K], добавлен 05.09.2013

  • Исследование генератора постоянного тока с независимым возбуждением: конструкция генератора, схема привода, аппаратура управления и измерения. Определение КПД трехфазного двухобмоточного трансформатора по методу холостого хода и работы под нагрузкой.

    лабораторная работа [803,4 K], добавлен 19.02.2012

  • Расчет сложной электрической цепи постоянного тока. Определение тока в ветвях по законам Кирхгофа. Суть метода расчета напряжения эквивалентного генератора. Проверка выполнения баланса мощностей. Расчет однофазной электрической цепи переменного тока.

    контрольная работа [542,1 K], добавлен 25.04.2012

  • Характеристика потребителей электроэнергии и определение категории электроснабжения. Выбор величины питающего напряжения, схема электроснабжения цеха. Расчет электрических нагрузок, силовой сети и трансформаторов. Выбор аппаратов защиты и автоматики.

    курсовая работа [71,4 K], добавлен 24.04.2014

  • Расчет токов ветвей методом узловых напряжений, каноническая форма уравнений метода, определение коэффициента этой формы. Расчет узловых напряжений, баланса мощностей, выполнения баланса. Схема электрической цепи для расчета напряжения холостого хода.

    контрольная работа [427,5 K], добавлен 19.02.2010

  • Разработка электрической сети района и предварительное распределение мощностей. Выбор номинальных напряжений, сечений и марок проводов. Определение потерь мощности в трансформаторах. Баланс активных и реактивных мощностей в системе. Выбор схем подстанций.

    дипломная работа [1,3 M], добавлен 16.06.2014

  • Составление уравнений электрического равновесия цепи на основе законов Кирхгофа. Расчет токов методом узловых напряжений. Сущность метода эквивалентного генератора, теорема. Схема холостого хода. Проверка баланса мощностей. Общий вид уравнения баланса.

    задача [567,5 K], добавлен 14.10.2013

  • Расчет несимметричной трехфазной цепи. Формирование баланса активных мощностей, ее содержание и внутренняя структура. Разложение полученной системы токов генераторов на симметричные составляющие. Расчет параметров линейного пассивного четырехполюсника.

    контрольная работа [414,6 K], добавлен 10.11.2015

  • Выбор напряжения питающей линии предприятия, схема внешнего электроснабжения и приемной подстанции; определение мощностей трансформаторов по суточному графику нагрузки, проверка их работы с перегрузкой. Расчет экономического режима работы трансформатора.

    курсовая работа [1,2 M], добавлен 26.12.2010

  • Разработка сети для электроснабжения потребителей промышленного района. Составление баланса мощностей. Выбор конфигурации сети, схем подстанций потребителей, трансформаторов. Расчет потоков мощности режима наибольших нагрузок и послеаварийного режима.

    курсовая работа [1018,2 K], добавлен 06.12.2015

  • Составление системы контурных уравнений для неориентированного графа, построение схемы электрической цепи. Определение тока в первой ветви и проверка баланса мощностей. Вычисление напряжения на ветвях цепи и построение векторной диаграммы токов.

    контрольная работа [441,4 K], добавлен 25.12.2012

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.