Некоммерческое акционерное общество
АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ
Кафедра электрических станций, сетей и систем
СРЕДСТВА И СПОСОБЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ РЕЖИМА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Методические указания и задания к выполнению
расчетно-графических работ профильной магистратуры
специальности 6М0718 – Электроэнергетика
(специализация Электроэнергетические системы и сети)
Алматы 2010
СОСТАВИТЕЛИ: К.К.Тохтибакиев, Ж.К.Оржанова. Средства и способы обеспечения устойчивости режима электрических систем. Методические указания и задания к выполнению расчетно-графических работ для профильной магистратуры специальности 6М071800 – Электроэнергетика специализация Электроэнергетические системы и сети - Алматы: НАО АУЭС, 2010.- 8 с.
В данной дисциплине изучаются теоретические вопросы обеспечения устойчивости электроэнергетических систем, методы, средства повышения устойчивости в аварийных и послеаварйных режимах.
При изучении данного курса рассматриваются вопросы повышения устойчивости с использованием автоматических регуляторов возбуждения и скорости, а также средств обеспечивающих результирующую устойчивость после ликвидации возмущения, методы и средства противоаварийного управления мощностью в энергосистемах с целью сохранения баланса мощности и сохранения устойчивости в послеаварийных режимах. Методические указания предназначены для выполнения РГР и содержат: цель и задачи, объем и содержание работы, указания по их выполнению и оформлению.
1 Подготовка и порядок выполнения работы
При подготовке к работам необходимо изучить разделы настоящих методических указаний и рекомендуемую литературу.
После изучения указанного материала студент должен отчетливо представлять цель работы, порядок ее проведения. Затем необходимо подготовить расчетную модель исследуемой сети, т.е:
- составить схему замещения линии электропередачи или электрической сети;
- определить параметры схемы замещения;
- подготовить исходную информацию для расчета на ЭВМ согласно инструкции используемой программы по заданному формату.
Результаты расчетов оформляются в виде таблиц и графиков.
2 Защита расчетно-графической работы
К защите допускается студент, выполнивший весь объем работы и оформивший отчет. Отчет оформляется по единой форме на стандартных листах (формат А4) белой бумаги. Записи ведутся темными чернилами, рисунки - карандашом. В отчете обязательно должны быть отражены:
- цель работы;
- порядок выполнения работы;
- полученные результаты в виде расчета на ЭВМ;
- анализ и выводы по результатам расчета.
Защита работы считается успешной при полном ответе на заданные преподавателем вопросы, знании теоретической части и выполнении работы.
3 Расчетно-графическая работа №1
3.1 Определение коэффициента запаса статической устойчивости для электрических сетей межрегионального уровня
Система, показанная на рисунке 1, имеет схему замещения (см. рисунок 2), где станции 1 и 2 представлены в виде неизменных Э.Д.С., приложенных за эквивалентными сопротивлениями. Параметры схемы и исходного режима (в относительных единицах) выбираются из таблиц 1-2 в соответствии с вариантом. Потери принять равными нулю.
Требуется:
а) найти минимальные значения E, U, при которых сохраняется устойчивая работа передающей станции с мощностью Р1= 1;
б) найти максимальное значение передаваемой мощности Рm;
в) определить запасы устойчивости системы при различных допущениях, используя различные критерии статической устойчивости.
Рисунок 1 - Схема исследуемой системы
Рисунок 2 – Схема замещения системы
Т а б л и ц а 1 - Исходные данные к выполнению работы
|
Предпоследняя цифра шифра |
||||||||||
|
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
Х1 |
0,74 |
0,8 |
0,9 |
0,65 |
0,65 |
0,85 |
0,9 |
0,9 |
0,63 |
0,7 |
|
Х2 |
0,061 |
0,05 |
0,05 |
0,07 |
0,073 |
0,056 |
0,065 |
0,075 |
0,035 |
0,08 |
|
S1 |
1+j0,485 |
1+j0,4 |
1,1+j0,4 |
1,2+j0,5 |
1,3+j0,6 |
12+j0,7 |
0,9+j0,3 |
0,8+j0,35 |
0,95+j0,6 |
1,1+j0,5 |
|
S2 |
4,5+j2,93 |
4,1+j3 |
4,2+j3,2 |
4+j2,8 |
3,9+j2,5 |
3,9+j2,2 |
4,2+j2,2 |
4,4+j2,3 |
4,6+j2,8 |
5+j2,6 |
|
Последняя цифра шифра |
||||||||||
|
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
Е1 |
1,5 |
1,52 |
1,53 |
1,49 |
1,48 |
1,54 |
1,6 |
1,58 |
1,59 |
1,4 |
|
d1 |
28,5 |
28,0 |
26,5 |
25,0 |
23,0 |
29,0 |
25,5 |
27,0 |
27,5 |
25,6 |
|
Е2 |
1,2 |
1,1 |
1,12 |
1,15 |
1,18 |
1,21 |
1,22 |
1,24 |
1,05 |
1,08 |
|
d2 |
13,1 |
13,0 |
15,0 |
12,5 |
12,0 |
12,6 |
13,0 |
15,3 |
17,1 |
14,3 |
Т а б л и ц а 2 - Исходные данные к выполнению работы
|
Предпоследняя цифра шифра |
||||||||||
|
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
Z1 |
j1,0 |
-j0,5 |
j0,3 |
1,5 |
1,35 |
j1,0 |
-j0,2 |
j0,9 |
1,2 |
1,3 |
|
Z2 |
j0,8 |
-j0,3 |
j1,2 |
j1,3 |
-j0,8 |
j1,1 |
-j0,9 |
j1,1 |
j1,3 |
-j0,8 |
|
рис. |
А |
Б |
В |
Г |
Д |
А |
Б |
В |
Г |
Д |
3.2 Методические указания
3.2.1 Определение статической устойчивости энергосистемы
Приближенно принимается,
что в точке присоединения нагрузки имеются шины неизменного напряжения 
, и система делится на две части.
Мощность, отдаваемая станцией:
.
(3.1)
Продифференцировав
выражение (3.1) по 
, найдем
предельный по устойчивости угол. Минимально допустимые значения
Э.Д.С.
и напряжения при 
,
(3.2)
.
(3.3)
При Е=const, U=const находим максимальное значение передаваемой мощности
.
(3.4)
Коэффициенты запаса статической устойчивости:
по Э.Д.С.
,
(3.5)
по напряжению
,
(3.6)
по мощности
.
(3.7)
Определение предельного по устойчивости режима может быть проведено по другим критериям, при других допущениях.
Найдем предельный по устойчивости режим с помощью критерия 
. В этом случае для
некоторой, произвольно выбранной промежуточной точки электропередачи К (см.
рисунок 3), необходимо построить зависимости 
и 
при 
и 
. Точка пересечения этих характеристик
соответствует установившемуся режиму системы, а характер изменения 
в окрестности этой
точки позволяет судить об устойчивости системы.
Рисунок 3 – Применение критерия
Для определения предельного режима необходимо построить серию
характеристик при
различных значениях 
и
методом подбора определить такое значение , при котором будет касаться характеристики . Полученное таким
образом будет
равно 
.
Для расчета и
воспользуемся
формулами
(3.8)
(3.9)
Откуда, после преобразований, находим 
и 
:
(3.10)
(3.11)
Определим предельный по устойчивости режим системы, предполагая, что в
точке 2 имеются шины неизменной Э.Д.С. 
а напряжение в точке присоединения нагрузки
изменяется, причем нагрузка представлена постоянным сопротивлением 
. Частота в системе
предполагается постоянной. В этом случае целесообразно применить критерий 
где 
- угол между 
и 
.
Мощность, выдаваемая от станций в систему:
(3.12)
где 
–
собственные и взаимные проводимости.
Предельный по устойчивости режим соответствует условию 
откуда можно найти
предельный угол передачи . Тогда минимально допустимое значение определяется из
выражения (3.3) для 
.
Коэффициент запаса устойчивости по Э.Д.С. определяется по (3.5).
3.2.2 Построение угловых характеристик системы
Угловые характеристики мощности определяются уравнениями:
(3.13)
где 
, , – активные и реактивные мощности,
выдаваемые станциями;
y11, y22, y12 – собственные и взаимные проводимости ветвей.
Собственные и взаимные проводимости ветвей находятся, используя схему замещения системы и метод единичных токов.
В соответствии с полученными выражениями вычисляются значения активной и
реактивной мощностей при различных углах и строятся угловые характеристики
мощности.
4 Расчетно-графическая работа №2. Расчет дозировки управляющих воздействий для системы САОН
Провести исследование послеаварийных режимов работы при отключении линий, приводящих к нарушению устойчивости энергосистемы.
Определить потокораспределение активных и реактивных мощностей и уровни напряжений в узловых точках сети. Получить навык быстро реагировать на изменения параметров режима и правильно принимать решения в различных ситуациях.
4.1 Схема исследуемой сети
Для исследования берется схема, представленная на рисунке 4.
Параметры системы в относительных единицах и характеристики исходного режима в соответствии с вариантом выбираются из таблицы 3.
Рисунок 4 – Схема исследуемой системы
Т а б л и ц а 3 – Исходные данные к выполнению работы
|
Предпоследняя цифра шифра |
||||||||||
|
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
Р0 |
0,48 |
0,65 |
0,75 |
0,857 |
0,985 |
0,7 |
0,9 |
0,95 |
0,6 |
0,55 |
|
Q0 |
0,35 |
0,586 |
0,3 |
0,48 |
0,35 |
0,485 |
0,45 |
0,42 |
0,425 |
0,285 |
|
Последняя цифра шифра |
||||||||||
|
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
Е/0 |
1,5 |
1,45 |
1,4 |
1,51 |
1,55 |
1,53 |
1,45 |
1,47 |
1,57 |
1,6 |
|
d/0 |
25,1 |
24,2 |
22,3 |
26,2 |
28,3 |
27,5 |
28,5 |
23,5 |
25,6 |
26,8 |
4.2 Подготовка и содержание работы
а) изучить необходимый теоретический материал;
б) в соответствии с вариантом исходных данных, приведенных в таблице 3 определить параметры участков сети;
в) составить схему замещения сложно-замкнутой сети в графическом редакторе программы «МУСТАНГ»;
г) определить распределение активных и реактивных мощностей и уровни напряжения в узлах нагрузки в послеаварийном режиме;
д) найти пределы мощности по двум контролируемым сечениям.
4.3 Порядок проведения работы
4.3.1 Ввести подготовленные расчетные данные в память ЭВМ.
4.3.2 Провести расчеты послеаварийных режимов (отключается наиболее загруженный головной участок сети, отключаются линии электропередачи в различных частях схемы, отключается один из источников питания).
4.3.3 Результаты расчетов сохранить в табличной и графической форме. Проанализировать полученные результаты и сделать выводы.
4.4 Методические указания
4.4.1 Исследование устойчивости методом площадей
Характер относительного движения ротора генератора можно установить без
решения дифференциальных уравнений (без нахождения 
рассматривая изменения его
механической энергии и применяя способ площадей, физическое обоснование и описание
которого приведено в [1].
Для определения искомого угла качаний генератора после включения
нагрузки воспользуемся методом площадей. Напряжение 
в начале линии, где включается
нагрузка:
(4.1)
где х10 – суммарное сопротивление между системой и точкой подключения нагрузки.
Сопротивление нагрузки:
(4.2)
Тогда в исходном режиме угловая характеристика 1, показанная на рисунке 5, определится выражением:
(4.3)
где 
Угловая характеристика мощности 2 будет определяться мощностью
включенной нагрузки 
:
(4.4)
где α12 – угол комплексного сопротивления системы.
Угол α12 определяется путем нахождения взаимного сопротивления ветви.
Рисунок 5 – Характеристики системы при подключении нагрузки
В первый
момент после включения нагрузки на валу генератора будет действовать избыточная
мощность тормозящего характера, что приведет к уменьшению скорости и угла 
. Угол будет изменяться
от 
до 
, в соответствии с
равенством площадей торможения и ускорения, (см. рисунок 5),
если не учитывать затухание этих колебаний. После затухания колебаний
установившийся режим при включенной нагрузке определится углом .
При внезапном отключении обеих линий, режим можно поделить на 3 части: доаварийный (I), аварийный (III), послеаварийный (II).
Причем в нашем случае мощность, передаваемая по линии, до аварии и после аварии не изменилась:
(4.5)
где х – суммарное сопротивление системы.
При отключении линии (аварийный режим):
.
Применяя правило площадей, (см. рисунок 6а), найдем предельный угол включения электропередачи:
(4.6)
где 
а) характеристики мощности и площадки ускорения (Ауск) и
торможения (Аторм);
б) – определение характера изменения угла во времени
Рисунок 6
Тогда предельное время включения электропередачи определяется выражением:
(4.7)
где f – частота сети, равная 50 Гц.
При отключении одной линии расчет характера изменения угла во времени можно провести упрощенно, заменив восходящую ветвь характеристики мощности II послеаварийного режима отрезком прямой линии, проходящей через начало координат и точку пересечения характеристики II с прямой Р0. Данное допущение намного упростит расчет. Дифференциальное уравнение движения ротора в этом случае будет иметь вид:
.
(4.8)
Решение этого уравнения можно представить в виде[1]:
.
(4.9)
Определим 
и 
, входящие в выражение (4.9),
для чего находятся вначале амплитуды характеристик мощности I
и II:
,
,
,
,
, 
.
Содержание
|
Введение |
3 |
|
1 Подготовка и порядок выполнения работы |
3 |
|
2 Защита расчетно-графической работы |
3 |
|
3 Расчетно-графическая работа № 1 |
4 |
|
4 Расчетно-графическая работа №2. Расчет дозировки управляющих воздействий для системы САОН |
8 |
|
Список литературы |
13 |
Список литературы
1. Веников В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах. - М.: Высшая школа, 1978.
2. Жданов П.С. Вопросы устойчивости электрических систем / Под ред. Жукова В.А. – М.: Энергоатомиздат,1979.
3. Электроэнергетические системы в примерах и иллюстрациях / Под ред. Веникова В.А. – М.: Энергоатомиздат,1983.
4. Переходные процессы электрических систем в примерах и иллюстрациях: Уч. пособие. Под ред. В.А. Строева. – М.: 1996.
5. Куликов Ю.А. Переходные процессы в электрических системах: учеб.пособие для вузов/ М-во образ. РФ. Новосибирский ГТУ. – Новосибирск – Москва: НГТУ,Мир, АСТ, 2003.
6 Иофьев Б.И. Автоматическое аварийное управление мощностьюэнергосистем.-М.: «Энергия»,1974.
7 Тохтибакиев К.К. Управление режимами энергосистем для обеспечения устойчивости. Конспект лекций,- Алматы:АИЭС 2009.
8. Тохтибакиев К.К.,Дусимов А.Б. Средства и способы обеспечения устойчивости энергосистем Методические указания и задания к выполнению лабораторных работ для студентов специальности 050718 – Электроэнергетика. -Алматы: АИЭС, 2009.