Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»

Уральский энергетический институт

Кафедра «Автоматизированные электрические системы»

Контрольная работа

По дисциплине: «Электромеханические переходные процессы»

Тема: «Анализ устойчивости простейшей электрической системы»

Преподаватель: Шабалин Г.С.

Студент: Мартюшев И.А.

Группа: ЭН-430103

Екатеринбург 2016



Введение

Для заданной схемы электрической системы типа представленном на рисунке 1 рассчитать исходный установившийся режим с проверкой его на статическую устойчивость.

1. При расчете принять приближенную схему замещения синхронного генератора (СГ) с возможностью его работы в следующих условиях:

с постоянным током возбуждения (без автоматического регулирования возбуждения (АРВ));

с регулированием тока возбуждения до величины, обеспечивающей постоянное значение ЭДС (с автоматическим регулированием возбуждения пропорционального действия (АРВ ПД))

с регулированием тока возбуждения до величины, обеспечивающей постоянное значение напряжения на выводах статорной обмотки генератора (с автоматическим регулированием возбуждения сильного действия (АРВ СД)).

Выдачу реактивной мощности в сеть с учетом потерь принять равной половине номинальной реактивной мощности генератора.

Построить угловые характеристики для трех моделей: без АРВ, с АРВ ПД, с АРВ СД в одних осях.

2. Выполнить анализ статической устойчивости:

по критериям устойчивости;

по корням характеристических уравнений (для полной и позиционной моделей ЭС).

Определить угол, соответствующий максимальной мощности на угловой характеристике, максимальную мощность и коэффициент запаса по устойчивости. Результаты расчета критериев, запаса и вывод об устойчивости представить в таблице вида:

Хар. -ка	, град	, МВт	, МВт/град			, %	Устойчив/ неустойчив

3. Рассчитать угловую характеристику синхронного генератора , имеющего регулятор тока возбуждения пропорционального действия. Определить в этих условиях критерии устойчивости , и выбрать значение из условия сохранения устойчивости заданного исходного режима. Для заданного режима и выбранного коэффициента усиления найти предельный угол, предельную мощность и коэффициент запаса по устойчивости.

При получении результатов, указывающих на нарушение устойчивой работы электрической системы, необходимо предложить мероприятия, обеспечивающие устойчивую работу.

ТВВ-800-2

n_б=3;

P_ном=800 МВт;

U_ном=24 кВ;

X_d'=0,307 о.е.;

X_d=2,330 о.е.;

K_d=10 о.е.

GDГА=176;

ОРЦ-330000/525

S_ном=330 МВА;

U_ВН=525/ кВ;

U_НН=24 кВ;

U_k=14%;

Л1-Л3

Сечение: АС-300/66;

l=104 км;

X₀=0,31 Ом/км;

n_л=3;

n_ф=3;



1. Расчет параметров схемы замещения. Построение угловых характеристик

Определение напряжения системы

По рекомендации к выполнению работы напряжение системы принимаем равным 0,95Uвн:

, (1.1)

В качестве необходимо было принять высшее напряжение трансформатора, работающего в блоке с генератором. В рассматриваемой сети в блоке используется не один трехфазный трансформатор, а три однофазных. В справочных данных в качестве принимается фазное напряжение, но вместе трансформаторы работают как трехфазный, у которого в справочных данных было бы указано линейное напряжение. Поскольку рассматриваем блок «генератор-трансформатор» в целом, примем за линейное напряжение.

Определение количества параллельных линий

Для определения количества параллельных линий приближенно оценим максимальную передаваемую по ним мощность.

Суммарная полная мощность генераторов:

, (1.2)

Ток, соответствующий этой мощности:

(1.3)

Рассмотрим возможность использования провода АС-300/66 для передачи этой мощности по критерию (n-1) по длительно допустимому току при количестве линий не более 8. Предположим, что количество линий равно 3. Количество проводников в фазе на данном классе составляет 3.

,

Из этого следует вывод, что необходимо взять 3 линии АС-300/66.

Найдем индуктивное сопротивление линии, выполненной проводом АС-300/66:

Известно, что ??0=0,31 Ом/км.

??Л=??0•??=0,31•104=32,24 Ом

Рисунок 2 - Схема электрической системы

Расчет параметров генераторов

Полная номинальная мощность:

, (1.4)

Базисное сопротивление:

, (1.5)

Сопротивления генератора по продольной оси:

(1.6)

(1.7)

Сопротивление генератора по поперечной и продольной осям:

(1.8)

Примечание: расчет ЭДС генератора будет приведен ниже при расчете угловых характеристик.

Расчет параметров трансформаторов

Индуктивное сопротивление трансформатора:

(1.9)

Расчет параметров линий

Индуктивное сопротивление линий:

(1.10)

Эквивалентирование схемы

Т.к. E_Г1 = E_Г2 = E_Г3, а также равны сопротивления X_d всех генераторов и сопротивления X_T трансформаторов, то эквивалентные значения будут следующими:

(1.11)

(1.12)

(1.13)

(1.14)

Приведение параметров линий и трансформаторов к классу напряжения генератора

Для возможности дальнейшей работы с составленной схемой замещения необходимо привести всю схему к одному классу напряжения - к классу напряжения генератора. электрический трансформатор ток

(1.15)

(1.16)

(1.17)

(1.18)

Угловая характеристика для генератора без АРВ

, (1.19)

В дальнейшем для упрощения чтения формул напряжение системы на классе напряжения генератора будем обозначать , а на высшем классе напряжения, соответственно, .

Найдем значение расчетной ЭДС синхронного генератора E_Q. Для этого необходимо знать P₀ и Q₀:

,(1.20)

(1.21)

В соответствии с заданием выдачу реактивной мощности в сеть с учетом потерь необходимо принять равной половине номинальной реактивной мощности генератора, то есть:

(1.22)

Для расчета угловых характеристик целесообразно определить величину результирующих сопротивлений схемы замещения:

(1.23)

Тогда значение поперечной синхронной ЭДС будет равно:

(1.24)

(1.25)

(1.26)

Угловая характеристика для генератора с АРВ пропорционального действия

(1.27)

(1.28)

(1.29)

(1.30)

Для нахождения угловой характеристики синхронного генератора с регулированием тока возбуждения до величины, обеспечивающей постоянное значение ЭДС (с автоматическим регулятором возбуждения пропорционального действия) необходимо дополнительно найти

Е`=

28,499 кВ,

(1.31)

,

Тогда:

(1.32)

,

Угловая характеристика для генератора с АРВ сильного действия

,

(1.33)

(1.34)

(1.35)

(1.36)

Построим полученные выше угловые характеристики для трех моделей (без АРВ, с АРВ ПД и АРВ СД) в одних осях. В таблице приведены значения для отдельных точек характеристики. Результат построения приведен на рисунке 3.

Построение угловых характеристик для всех видов АРВ

Рисунок 3 - Угловые характеристики системы

Угловые характеристики от 0 до 180 градусов

град	P (без АРВ)	P (c АРВ ПД)	P (с АРВ СД)
	0	0	0
10	495,18	225,75	319,75
20	975,30	498,53	653,86
30	1425,80	857,43	1019,27
40	1832,97	1326,72	1438,86
50	2184,45	1910,86	1946,04
57,36	2401,26	2404,66	2403,81
60	2469,56	2592,09	2591,26
70	2679,63	3331,00	3447,83
80	2808,28	4069,98	4604,01
90	2851,60	4739,17	6109,17
100	2808,28	5264,37	7866,31
110	2679,63	5575,73	9578,96
120	2469,56	5616,40	10851,70
130	2184,45	5349,98	11339,47
140	1832,97	4765,84	10832,29
150	1425,80	3881,74	9279,72
160	975,30	2743,26	6784,98
170	495,18	1420,15	3582,06
180	0	0	0



2. Анализ статической устойчивости

Анализ статической устойчивости выполняется двумя способами:

· По критериям устойчивости;

· По корням характеристических уравнений (для полной и позиционной моделей ЭС).

2.1 Анализ статической устойчивости по критериям устойчивости

Для анализа статической устойчивости по критериям устойчивости необходимо знать значения коэффициента демпфирования K_d и синхронизирующей мощности C.

Из исходных данных:

K_d=10 о.е.

Ниже приведен расчет значений синхронизирующей мощности С для всех вариантов регулирования.

Расчет синхронизирующей мощности для варианта генераторов без АРВ:

,

.

Расчет синхронизирующей мощности для варианта генераторов с АРВ ПД:

,

,

Расчет синхронизирующей мощности для варианта генераторов с АРВ СД:

,

,

Анализ статической устойчивости по корням характеристического уравнения

,

2.2 Угловая характеристика генератора с АРВ пропорционального действия

Для расчета максимальной мощности и запаса по устойчивости необходимо найти соответствующий каждой из моделей (генераторы без АРВ, генераторы с АРВ ПД, генераторы с АРВ СД) максимальный угол _max. Он находится путем решения уравнения:

,

Для решения уравнений использовался математический пакет Mathcad.

Генераторы без АРВ:

,

.

,

,

,

Генераторы с АРВ ПД:

,

.

,

,

,

Генераторы с АРВ СД:

,

,

,

,

.

2.3 Представление результатов анализа статической устойчивости

Результаты расчета критериев, запаса и выводы об устойчивости представлены в табл.

Анализ статической устойчивости

Хар-ка	max, град	Pmax, МВт	C, МВт/град	1,2 (полн.)	1,2 (поз.)	KP, %	Вывод об устойчивости системы
PEq без АРВ	90	2841,6	1521,41	-1,024 ±j5,972	±j6,059	15,5	Неустойчива
PEq' АРВ ПД	116,424	5635,746	4027,43	-1,024 ±j9,804	±j9,858	57,4	Устойчива
PUг АРВ СД	130,125	11339,544	3949,72	-1,024 ±j9,708	±j9,762	78,8	Устойчива

В нормальном режиме работы синхронный генератор должен иметь запас устойчивости не менее 20%. Как видно из таблицы, коэффициент запаса устойчивости для синхронного генератора без АРВ составляет 18,4%. Поэтому требуется предложить меры по повышению запаса устойчивости.

Для этого проанализируем формулу для коэффициента запаса:

,

Соответственно, для повышения запаса устойчивости следует либо увеличить , либо уменьшить . Последнее не представляется возможным, поэтому обратимся к угловой характеристике генератора без АРВ:

;

При ранее проводимых расчетах значение поперечной синхронной ЭДС было найдено в соответствии с формулой:

,

Как видно из этой формулы, в ней используются те же величины, что и в угловой характеристике: и = , а так же и , изменение которых, как упоминалось ранее, не рассматривается в качестве способа для увеличения коэффициента запаса. Соответственно мерой по повышению коэффициента запаса устойчивости может являться уменьшение результирующего сопротивления схемы = , которое включает в себя эквивалентные сопротивления трансформаторов , линий , а так же сопротивление синхронного генератора .

Сопротивления трансформаторов и генераторов можно уменьшить, лишь меняя их количество. Но их количество строго задано в соответствии с заданием на проектирование. В ходе работы выбиралось количество линий, поэтому для уменьшения , а вследствие = ,

увеличим количество линий в схеме. Результаты уменьшения результирующего сопротивления сети представлены в таблице.

Результаты расчетов при повышении коэффициента запаса устойчивости путем уменьшения результирующего сопротивления сети

??	??Л экв,Ом	= , Ом	,кВ	,кВт	KP, %
4	0,017	0,547	68,332	2846,776	15,7
5	0,013	0,544	67,987	2849,994	15,8
6	0,011	0,542	67,757	2852,083	15,9

Как видно из таблицы, данная мера не обеспечила увеличение коэффициента запаса до значения 20%. Но, тем не менее, в другом случае, она могла бы увеличить его. Например, при другом, более низком, классе напряжении сети, либо в случае меньшего начального количества линий.

Размещено на Allbest.ru