Динамическая устойчивость энергосистемы

Реферат


Пояснительная записка содержит 21 страницы, 6 таблиц, 14 рисунков,3 источников литературы, в которой подробно расписана методика расчёта, которая использовалась в данной работе.

Объект исследования: система электропередачи.

Цель работы: получить навыки расчёта электромеханических переходных процессов в системе электропередачи, рассчитать предельное снижение напряжения на шинах асинхронного двигателя, оценить статическую и динамическую устойчивость системы.

Содержание


Введение

Исходные данные

1. Рассчитать предел передаваемой мощности генератора Г-1 в систему при нормальном режиме работы

2. Рассчитать аварийный и послеаварийный режимы работы системы

2.1 Расчёт аварийного и послеаварийного режима при однофазном коротком замыкании в точке К-1

2.2 Расчёт аварийного и послеаварийного режима при трёхфазном коротком замыкание в точке К-2

3. Рассчитать предельное снижение напряжения на шинах асинхронного двигателя

Заключение

Список используемой литературы

Введение


Устойчивость энергосистемы - это способность ее возвращаться в исходное состояние при малых или значительных возмущениях. По аналогии с механической системой установившийся режим энергосистемы можно трактовать как равновесное положение ее.

Параллельная работа генераторов электрических станций, входящих в энергосистему, отличается от работы генераторов на одной станции наличием линий электропередачи, связывающих эти станции. Сопротивления линий электропередачи уменьшают снихронизирующую мощность генераторов и затрудняют их параллельную работу. Кроме того, отклонения от нормального режима работы системы, которые происходят при отключениях, коротких замыканиях, внезапном сбросе или набросе нагрузки, также могут привести к нарушению устойчивости, что является одной из наиболее тяжелых: аварий, приводящей к перерыву электроснабжения потребителей Поэтому изучение проблемы устойчивости очень важно, особенно применительно к линиям электропередачи переменным током. Различают два вида устойчивости: статическую и динамическую.

Статической устойчивостью называют способность системы самостоятельно восстановить исходный режим при малых и медленно происходящих возмущениях, например при постепенном незначительном увеличении или уменьшении нагрузки.

Динамическая устойчивость энергосистемы характеризует способность системы сохранять синхронизм после внезапных и резких изменений параметров режима или при авариях в системе (коротких замыканиях, отключений часта генераторов, линий или трансформаторов). После таких внезапных нарушений нормальной работы в системе возникает переходный процесс, по окончании которого вновь должен наступить установившийся послеаварийный режим работы.

Именно такие внезапные нарушения в работе СЭС приводят к тяжелым экономическим последствия для населения и промышленных объектов.

Современная энергетика уделяет очень большое внимание борьбе с авариями на линиях, короткими замыканиями, большой вклад делает еще на стадии проектировании СЭС городов и предприятий.

Исходные данные


Схема для расчёта представлена на рисунке 1.


Рисунок 1 - Схема системы электропередачи


Исходные данные для расчёта первой и второй задачи принимаем по таблице в соответствии с номером варианта.


Технические данные трансформаторов:

Тип транс форматора,

МВАПределы регулиро

вания, %, кВ

обмоток, %

,

кВт,

кВт,

%ВНТДЦ-250000/110250-11013.8; 15.75; 1810,56402000.5ТДЦ-630000/110630-1102010.59003200.45

Параметры двухцепной воздушной линии электропередачи

Марка провода,

Ом/км,

Ом/км,

Ом/км,

Ом/км,

Ом/км,

Ом/кмДлина

l, кмU, кВАС-3300.1070.3670.3820.3301.3890.931300110

Рисунок 2 - Схема системы для расчёта предельного снижения напряжения на шинах асинхронного двигателя


Исходные данные для расчёта третьей задачи принимаем ниже по таблице в соответствии с номером варианта.


Технические данные асинхронного электродвигателя

ТипНоминальные данныеПусковые характеристикиP, кВтI, АN, об/мин, %, кг*м2U, кВn0, об/минДАЗО 17-39-8/1050061.574191.00.855.20.652.12886741

Параметры КЛ:

Тип проводаДлина l, кмх0, Ом/кмАПвВ 1*3000,0350,099

1. Рассчитать предел передаваемой мощности генератора Г-1 в систему при нормальном режиме работы


Составляем схему замещения системы, которая представлена на рис.1 и рассчитываем индуктивные сопротивления всех элементов:


Рисунок 3 - Схема замещения системы


индуктивное сопротивлении задано,

индуктивное сопротивление трансформаторов:


Ом,

Ом,


индуктивное сопротивление ЛЭП:


Ом.


Все сопротивления схемы замещения приводятся к номинальному напряжению генератора. Сопротивление трансформаторов:


Ом,

Ом,


сопротивление ЛЭП:


Ом.


Определяем суммарное сопротивление системы:


Ом.


Рассчитываем номинальную реактивную мощность генератора:


МВАр,


Определяем приближённое значение синхронной ЭДС генератора:


кВ.


Определяем предел передаваемой мощности генератора в систему:


МВт.


Определяем значение коэффициента запаса статической устойчивости:


.


По данным расчёта строим векторную диаграмму.


Рисунок 4 - Векторная диаграмма


Изменяя значения угла от 0 до 180 град., рассчитываем соответствующие значения мощности отдаваемой генератором в систему по формуле:



Результаты расчёта заносим в таблицу 3.


Таблица 3

, град0153045607590105120135150165180, МВт0162312,5442541603,7625603,7541442312,51620

Рисунок 5 - Угловая характеристика мощности


Система является статически устойчивой, так как коэффициент запаса больше 20%. И предел передаваемой мощности генератора в систему достигается при угле ? = 900.


2. Рассчитать аварийный и послеаварийный режимы работы системы


Рассчитываем режимы по очереди.


2.1 Расчёт аварийного и послеаварийного режима при однофазном коротком замыкании в точке К-1


.1.1 Нормальный режим

Расчёт нормального режима проведён в задаче 1.

.1.2 Аварийный режим

Составляем схему замещения системы при однофазном КЗ


Рисунок 6 - Схема замещения для аварийного режима при однофазном КЗ


Суммарное сопротивление КЗ Х? при однофазном коротком замыкании равно сумме сопротивлению обратной последовательности и сопротивлению нулевой последовательности.

Преобразуем схему замещения системы при однофазном КЗ из соединения "звезда" в соединение "треугольник" со сторонами Х1, Х2, Х3.

Сопротивление Х2 и Х3 могут быть отброшены, т.к. поток мощности отдаваемый генератором в сеть не проходит через эти сопротивления.


Рисунок 7 - Преобразованная схема замещения


Определим суммарное сопротивлении системы:


Хd?II = ,


Где X?=X2?+X0? - шунт несимметричного КЗ, который включается между началом и концом схемы прямой и обратной последовательности.

Определяем индуктивное сопротивление нулевой последовательности Х0?:


Ом.


Определим индуктивное сопротивление обратной последовательности X2?

2? = 3 Ом


Определяем сопротивления шунта КЗ X?:

?=X2?+X0? = 3 +0,097 = 3,097 Ом


Определяем суммарное сопротивлении системы:


Хd?II = 20,2 + 0,1 + 3,5 +0,04 + = 47Ом.


Определяем предел передаваемой мощности генератора в систему:


МВт.


Изменяя значения угла от 0 до 180 град., рассчитываем соответствующие значения мощности отдаваемой генератором в систему по формуле:



Результаты расчёта заносим в таблицу 4.


Таблица 4

, град0153045607590105120135150165180, МВт081,3157222,3271,9303,3314303,3271,9222,315781,30

.1.3 Послеаварийный режим

Составляем схему замещения системы для послеаварийного режима.


Рисунок 8 - Схема замещения для послеаварийного режима при однофазном КЗ


Послеаварийный режим определяется отключением одной цепи ЛЭП, после чего сопротивление изменяется:


Ом.


Определяем суммарное сопротивлении системы:


Ом.


Определяем предел передаваемой мощности генератора в систему:


МВт.


Рассчитываем значение углов:


,

.


Находим предельный угол отключения КЗ ?откл:


.


Рассчитываем предельное время отключения КЗ:


.


Выбираем соответствующие уставки срабатывания устройств РЗА:


? Тоткл = +


Поскольку линия имеет защиту, то через некоторое время она отключится выключателями. Следовательно, выбираем элегазовый выключатель серии ВГБЭ-35 - 110 с временем отключения = 0,07 с. Также должно быть предусмотрены устройства релейной защиты от КЗ. Выбираем токовое реле РТ-40 с временем уставки = 0,08 с.

Время действия релейной защиты определяется:


= + = 0,07 + 0,08 = 0,15 с,


Находим время отключения КЗ:


Тоткл = 0,07 + 0,15 = 0,22 с.


,29 ? 0,22, что удовлетворяет условию ? Тоткл

Изменяя значения угла от 0 до 180 град., рассчитываем соответствующие значения мощности отдаваемой генератором в систему по формуле:



Таблица 5

Результаты расчёта заносим в таблицу 5.

,

град0153045607590105120135150165180,

МВт0140270.5382.5468.5522.6541522.6468.5382.5270.51400

Строим в одной координатной плоскости угловые характеристики мощности в нормальном, аварийном и послеаварийном режимах, на графике указываем значение мощности турбины Р0. С учётом рассчитанного значения предельного угла отключения КЗ ?откл на графике строим площади ускорения и торможения.


Рисунок 9 - График угловых характеристик мощностей и площади ускорения и торможения при однофазном КЗ


Для определения динамической устойчивости системы при однофазном КЗ необходимо рассмотреть площади ускорение Fуск и торможения Fторм. Условием для динамической устойчивости системы является неравенство: Fуск ? Fторм. Невооруженным глазом видно по графику угловой характеристики, что площадь ускорения на порядок больше площади торможения, значит система не является динамически устойчивой. Следовательно, накопленная кинетическая энергия не успевает превратиться в потенциальную, в результате скорость вращения ротора и угол ? будут расти и генератор выпадет из синхронизма. Для определения статической устойчивости системы необходимо найти коэффициент запаса . Вычислив коэффициент запаса , можно сделать вывод, что система является статически устойчивой, так как .


2.2 Расчёт аварийного и послеаварийного режима при трёхфазном коротком замыкание в точке К-2


2.2.1 Нормальный режим

Расчёт нормального режима проведён в задаче 1.

.2.2 Аварийный режим

Составляем схему замещения системы при трёхфазном КЗ


Рисунок 10 - Схема замещения системы при трёхфазном КЗ


При трёхфазном КЗ в точке К-2 взаимное сопротивление схемы становится бесконечно большим, т.к. сопротивление шунта КЗ Х? (3) = 0. При этом характеристика мощности аварийного режима совпадает с осью абсцисс.

.2.3 Послеаварийный режим

Схема замещения при трехфазном коротком замыкании и и расчет послеаварийного режима аналогичем послеаварийному режиму, приведенному в п.2.1.3

Рассчитываем значение углов:


,

.


Находим предельный угол отключения КЗ ?откл:


.


Рассчитываем предельное время отключения КЗ:


.


Выбираем соответствующие уставки срабатывания устройств РЗА:


? Тоткл = +


Поскольку линия имеет защиту, то через некоторое время она отключится выключателями. Следовательно, выбираем элегазовый выключатель серии

ВГТ - 110 с временем отключения = 0,055 с. Также должны быть предусмотрены устройства релейной защиты от КЗ. Выбираем токовое реле РТ-40 с временем уставки = 0,05 с.

Время действия релейной защиты определяется:


= + = 0,005 + 0,05 = 0,055 с,


Находим время отключения КЗ:


Тоткл = 0,055 + 0,055 = 0,11 с.

,17 ? 0,11, что удовлетворяет условию ? Тоткл


Строим в одной координатной плоскости угловые характеристики мощности в нормальном, аварийном и послеаварийном режимах, на графике указываем значение мощности турбины Р0. С учётом рассчитанного значения предельного угла отключения КЗ ?откл на графике строим площади ускорения и торможения.


Рисунок 11 - График угловых характеристик мощностей и площади ускорения и торможения при трёхфазном КЗ


Для определения динамической устойчивости системы при однофазном КЗ необходимо рассмотреть площади ускорение Fуск и торможения Fторм. Условием для динамической устойчивости системы является неравенство: Fуск ? Fторм. Невооруженным глазом видно по графику угловой характеристики, что площадь ускорения на порядок больше площади торможения, значит система не является динамически устойчивой. Следовательно, накопленная кинетическая энергия не успевает превратиться в потенциальную, в результате скорость вращения ротора и угол ? будут расти и генератор выпадет из синхронизма. Для определения статической устойчивости системы необходимо найти коэффициент запаса . Вычислив коэффициент запаса , можно сделать вывод, что система является статически устойчивой, так как .


3. Рассчитать предельное снижение напряжения на шинах асинхронного двигателя


Рассчитываем параметры элементов электропередачи и параметры нагрузки, приведённые к базисному напряжению Uб = 6 кВ и базисной мощности:


Sб = SАД ном = ,


Сопротивление линии:


10-4


Индуктивное сопротивление рассеяния магнитной цепи двигателя:



Определяем активную мощность потребляемая в исходном режиме двигателя:



Находим активное сопротивление ротора двигателя в исходном режиме (упрощенная схема замещения асинхронного двигателя):


,05 = ,

,0392 +0,05? = ,


произведём замену на х и получим:


,05х2 - х + 0,0392 = 0;

Д = в2 - 4ас = 12 - 4?0,05?0,0392 = 0,99216;

х1 = ;

х2 =


Выбираем наибольший из корней уравнения и получаем:


= 19,96.


Определяем реактивную мощность, потребляемую в исходном режиме двигателем:


=


Определяем напряжение на шинах системы в исходном режиме:


= =1,где = .


Определяем напряжение на шинах системы, при котором происходит затормаживание двигателя:


= = 0,71.


Определяем запас статической устойчивости двигателя по напряжению:


= ? = 29%.


Для построения механической характеристики М = f (S) по уравнению


М = , необходимо произвести следующий расчёт:


Определяем номинальную частоту вращения ротора:

ном = n0? (1 - Sном) = 741? (1-0,01) = 734 об/мин.


Находим критическое скольжение:

кр = Sном?(?? +) = 0,01? (2,1 + ) = 0,039.


Определяем номинальный и максимальный (критический) моменты двигателя:


Мном = = Н?м,

Мmax = ?? ? Мном = 2,1?6505,3 = 13661, 4 Н?м.


Для построения механической характеристики воспользуемся формулой Клосса:


М = =


Задавшись различными значениями скольжения S, найдём соответствующие им значения момента М. Результаты расчёта занесем в таблицу 6.


Таблица 6

SM, Н?м000,0166480,039136610,06124190,08105890,192620,251260,335020,426420,521180,617630,715180,813320,9115011064

По данным таблицы 6 строим график М = f (S):


Рисунок 12 - График механической характеристики асинхронного двигателя


Система является статически устойчивой, так как коэффициент запаса двигателя по напряжению больше 20%


Заключение


После выполнения данной курсовой работы были отработаны и закреплены теоретические знания, приобретенные в течение семестра по расчету различных видов КЗ; проверки системы на статическую и динамическую устойчивать; построения угловых характеристик мощности и механической характеристики асинхронных.

Научился выполнять анализ системы на устойчивость, рассчитывать режимы работы системы до, после, и во время различных видов КЗ.

Можно сделать вывод, что расчет электромеханических переходных процессов занимает одну из значимых позиций по расчету и проектировании различных простых и сложных систем энергоснабжения.

Список используемой литературы


1. Куликов Ю.А. Переходные процессы в электрических системах: Учеб. пособие. - Новосибирск: НГТУ, М.: Мир: ООО "Издательство АСТ", 2008. -

с.

. Боровиков В.Н. и др. Электроэнергетические системы и сети - Москва: Метроиздат., 2010. - 356 с.

. Аполлонов А.А. Расчет и проектирование релейной защиты и автоматики - С. - Петербург, 2009г. - 159 с.


Теги: Динамическая устойчивость энергосистемы  Курсовая работа (теория)  Физика
Просмотров: 26687
Найти в Wikkipedia статьи с фразой: Динамическая устойчивость энергосистемы
Назад