Определение идеального предела передаваемой мощности и коэффициента запаса статической устойчивости электропередачи

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ. - 4 -

1. Определение идеального предела передаваемой мощности и коэффициента запаса статической устойчивости электропередачи. - 5 -

1.1 Определение идеального предела и коэффициента запаса статической устойчивости при неявнополюсной машине. - 5 -

1.2 Определение идеального предела и коэффициента запаса статической устойчивости при явнополюсной машине. - 7 -

1.3 Построение векторной диаграммы для явнополюсного генератора. - 9 -

2.4 Построение угловых характеристик для явнополюсной и неявнополюсной машин. - 10 -

3. Определение действительного предела передаваемой мощности и коэффициента запаса статической устойчивости. - 13 -

4. Определение предела передаваемой мощности и коэффициента запаса статической устойчивости при установке на генераторе G₁ регуляторов возбуждения. - 18 -

4.1 Определение предела передаваемой мощности и коэффициента запаса статической устойчивости при установке на генераторе G1 регулятора возбуждения пропорционального действия. - 18 -

4.2 Определение коэффициента запаса статической устойчивости при установке на генераторе G₁ регулятора возбуждения сильного действия. - 19 -

5. Анализ зависимостей. - 20 -

5.1 Анализ зависимостей ............ - 20 -

5.2 Анализ зависимости ................. - 24 -

5.3 Анализ зависимости ................ - 27 -

5.4 Анализ зависимости ................. - 29 -

ЗАКЛЮЧЕНИЕ................................................................................................. 60

Список используемой литературы: - 61 -

ВВЕДЕНИЕ

Важнейшее значение в проблеме переходных электромеханических процессов в электрических системах придается вопросам устойчивости.

Аварии, связанные с нарушением устойчивости параллельной работы в крупных электрических системах, влекут за собой расстройство электроснабжения больших районо в городов. Ликвидация таких аварий и восстановление нормальных условий работы электрических систем представляют большие трудности и требуют много времени и внимания персонала. При сравнительно небольшом числе аварий, вызывающих нарушение устойчивости, наибольший аварийный недоотпуск энергии падает именно на этот вид аварий.

Тяжелые последствия этих аварий заставляют уделять значительное внимание вопросам устойчивости.

В проблеме устойчивости различают статическую и динамическую устойчивость. Под статической устойчивостью понимают способность системы самостоятельно восстановить исходный режим работы при малом возмущении.

Первый раздел данной курсовой работы (пункты 1-4) посвящен определению идеального предела передаваемой мощности и коэффициента запаса статической устойчивости с учетом и без учета явнополюсности генератора; определению действительного предела передаваемой мощности и коэффициента запаса статической устойчивости электропередачи при учете регулирующего эффекта нагрузки; определению предела передаваемой мощности и коэффициента запаса статической устойчивости при установке на генераторе регулятора возбуждения пропорционального и сильного действия.

Статическая устойчивость является необходимым условием существования установившегося режима работы системы, но отнюдь не предопределяет способности системы продолжать работу при резких нарушениях режима, например, при коротких замыканиях. Эта сторона проблемы, так называемая динамическая устойчивость системы, отражена во втором разделе курсовой работы, в котором определяется предельное время отключения короткого замыкания при однофазном замыкании; при двухфазном замыкании на землю; при трехфазном замыкании - без учета и с учетом реакции якоря и действия регуляторов возбуждения.

Данная курсовая работа выполнена на основании задания кафедры ЭСС и С выданного 17.02.10. В курсовой работе рассмотрены вопросы статической и динамической устойчивости ЭЭС, влияние явнополюсности гидрогенератора, АРВ сильного и пропорционального действия и регулирующего эффекта нагрузки на предел передаваемой мощности. Дан анализ зависимостей .

Для оценки динамической устойчивости ЭЭС рассмотрен метод площадей и метод последовательных интервалов для определения предельного времени отключения КЗ. В каждом пункте данной курсовой работы приведено краткое теоретическое введение по теме данного пункта. По результатам расчётов сделаны соответствующие выводы.

Анализ зависимостей

5.1 Анализ зависимостей

Для анализа зависимостей кривые удобнее всего построить на одном рисунке в одинаковом масштабе. Эти кривые будут иметь наибольшие значения при различных углах. Расчёт и построение проводится в редакторе MS Excel. Результаты представлены в таблице 1 и на рис.7.

Таблица 1

δ, град	P_неявн.	P_явн.	Р₀	Рс рег п.д	Pc рег с.д.
	0, 000	0, 000	0, 215	0, 000	0, 000
	0, 063	0, 074	0, 215	0, 070	0, 060
	0, 125	0, 144	0, 215	0, 140	0, 123
	0, 183	0, 208	0, 215	0, 208	0, 190
	0, 235	0, 264	0, 215	0, 273	0, 263
	0, 280	0, 309	0, 215	0, 334	0, 340
	0, 316	0, 341	0, 215	0, 388	0, 419
	0, 343	0, 361	0, 215	0, 434	0, 497
	0, 359	0, 368	0, 215	0, 469	0, 567
80, 09	0, 360	0, 368	0, 215	0, 471	0, 572
	0, 365	0, 363	0, 215	0, 492	0, 625
	0, 360	0, 347	0, 215	0, 500	0, 663
100, 48	0, 359	0, 347	0, 215	0, 500	0, 664
	0, 343	0, 321	0, 215	0, 491	0, 678
110, 85	0, 343	0, 321	0, 215	0, 490	0, 678
	0, 316	0, 288	0, 215	0, 464	0, 663
	0, 280	0, 248	0, 215	0, 420	0, 618
	0, 235	0, 203	0, 215	0, 360	0, 541
	0, 183	0, 155	0, 215	0, 284	0, 435
	0, 125	0, 104	0, 215	0, 197	0, 304
	0, 063	0, 052	0, 215	0, 100	0, 157
	0, 000	0, 000	0, 215	0, 000	0, 000

рис.7 Зависимости (угловые характеристики)

Вывод:

1. Предельный угол электропередачи содержащей явнополюсную машину меньше 90 градусов, а амплитуда мощности больше амплитуды мощности электропередачи содержащей неявнополюсную машину. Разница в предельных углах и мощностях объясняется тем, что выражение мощности электропередачи содержащей явнополюсную машину помимо синусоидальной составляющей содержит составляющую двойного угла. Наличие этой составляющей сдвигает предельный угол в сторону уменьшения угла и увеличивает амплитуду мощности.

2. При наличии регулирования возбуждения сдвиг вершины угловой характеристики обусловлен отрицательным знаком составляющей двойного угла, причём для электропередачи с установкой регулятора возбуждения сильного действия значение предельного угла больше, чем для электропередачи с регулятором возбуждения сильного действия вследствие равенства нулю продольной составляющей сопротивления генератора при поддержании постоянства напряжения на его шинах.

3. Регулятор возбуждения сильного действия обеспечивает больший предел передаваемой мощности (запас статической устойчивости), чем регулятор пропорционального действия, т.к. при установке регулятора пропорционального действия э.д.с. при изменениях параметров режима. При использовании регулятора сильного действия увеличивается (так как увеличивается ) при утяжелении режима, поддерживая постоянство напряжения на шинах генератора или на шинах ВН трансформатора, и увеличивая предел передаваемой мощности.

5.2 Анализ зависимости

Задаваясь различными значениями , можно определить по выражению величину реактивной мощности для каждого значения , а, следовательно, и . Зная , для каждого значения , можно определить предельное значение мощности и коэффициент запаса. Рекомендуется изменять от 1 до 0, 6 с интервалом 0, 1, как при отставании тока, так и при опережении тока. Расчёт и построение проводится в редакторе MS Excel. Результаты представлены в таблице 1а и на рис.8.

Таблица 1а

cosφ	φ º	Q	EQ	Pпр	КЗ
0, 6	53, 13	0, 286	3, 66	0, 466	1, 167
0, 7	45, 57	0, 219	3, 202	0, 407	0, 89
0, 8	36, 87	0, 161	2, 83	0, 36	0, 62
0, 9	25, 84	0, 104	2, 48	0, 315	0, 365
			1, 36	0, 22	0, 123

Вывод: увеличение приводит к снижению коэффициента запаса статической устойчивости, которое обусловлено снижением э.д.с. гидрогенератора и предела передаваемой мощности. Однако снижение (увеличение передачи реактивной мощности) для увеличения коэффициента запаса оказывается экономически неэффективным, т.к. при росте реактивной мощности увеличиваются потери активной мощности в ЛЭП. ( , т.е. при снижении потери активной мощности будут расти по квадратичной зависимости). В связи с этим наиболее выгодным является передача мощности в системе при близком к единице. А статическую устойчивость обеспечивать другими средствами, такими, как:

· применение сопротивлений, заземляющих нейтраль трансформатора (для повышения устойчивости при несимметричных к.з.);

· применение установок для электрического торможения генератора во время аварии (для повышения устойчивости при симметричных КЗ);

· применение специальных устройств регулирования турбин и др.

рис.8 Зависимость

5.3 Анализ зависимости

Согласно выражению:

, где:

Уменьшение приведёт к увеличению , а увеличение приведёт к уменьшению . Следует учесть, что при изменении изменится и . Поэтому зависимость , а, следовательно, и . Для анализа зависимости достаточно взять 5 значений . Расчёт и построение проводится в редакторе MS Excel. Результаты представлены в таблице 2 и на рис.9

Таблица 2

Xd	Хс	X_d∑	Eq	Рпр	Кз
	1, 858	5, 191	2, 197	0, 423	0, 967
	1, 858	6, 525	2, 544	0, 389	0, 809
	1, 858	7, 858	2, 895	0, 368	0, 711
	1, 858	9, 191	3, 25	0, 353	0, 642
	1, 858	10, 525	3, 608	0, 343	0, 595

Вывод: снижение реактивного сопротивления генератора по продольной оси ведёт к увеличению коэффициента запаса статической устойчивости. Однако эта мера также является экономически неэффективной, т.к. ведёт к значительному удорожанию генераторов. Для исключения влияния продольной составляющей на запас статической устойчивости применяются генераторы с АРВ сильного действия, которые исключают .

рис.9 Зависимость

5.4 Анализ зависимости

Для анализа зависимости следует для упрощения расчёта принять за базисное напряжение не напряжение системы равное 115кВ, а номинальное напряжение линии. Допустив, что трансформаторы работают со средними коэффициентами:

тогда:

Из приведённых выражений видно, что и , выраженные в относительных единицах, не зависят от номинального напряжения в линии, в то время как сопротивление линии , обратно пропорционально квадрату этого напряжения. Для удобства обозначим сопротивления, независимые от напряжения, буквой . Поскольку и в течение расчёта остаются постоянными, то их произведение обозначим буквой . Тогда выражение для предельной мощности запишется в виде:

Задаваясь различными значениями , можно проследить за изменением , и, следовательно, выявить зависимость . Расчёт и построение проводится в редакторе MS Excel. Результаты представлены в таблице 3 и на рис.10

Таблица 3

Uлн	X_d∑	E_q	Р_ПР	Кз
	6, 867	2, 634	0, 384	0, 693
	5, 084	2, 169	0, 426	0, 981
	4, 754	2, 085	0, 438	1, 037
	4, 605	2, 047	0, 444	1, 065
	4, 49	2, 018	0, 449	1, 088

Вывод:

1. Повышение номинального напряжения линии приводит к снижению сопротивления за счёт снижения сопротивления собственно линии, и, следовательно, повышению предела передаваемой мощности и коэффициента запаса статической устойчивости. Повышение номинального напряжения линии также ведёт к снижению потерь напряжения в линии, что, в свою очередь, также ведёт к повышению предела передаваемой мощности по линии и увеличению запаса статической устойчивости.

рис.10 Зависимость

Расчёт для трёхфазного к.з.

При определении предельного времени отключения для трёхфазного к.з. в начале линии, напряжение в этой точке снижается до нуля. Передаваемая мощность по линии определяется: , где напряжения в начале и конце линии. Поскольку напряжение в начале линии в момент трёхфазного к.з. становится равным нулю, то мощность тоже становится равной нулю и остаётся такой в течение всего аварийного режима. Поэтому небаланс мощности .

Первый расчётный интервал 0÷ 0, 05с.

Приращение угла за первый интервал:

Угол в конце первого интервала:

Второй расчётный интервал0, 05÷ 0, 1с.

Приращение угла за второй интервал:

Угол в конце второго интервала:

Таким образом, продолжается расчёт третьего и последующих интервалов аварийного режима. Длительность аварийного режима определяется предельным углом отключения. Результаты расчёта сводятся в таблицу 6.

Таблица 6

t, сек	K	∆ P, о.е.	∆ δ _n', град	δ _n', град
0-0, 05		0, 215	2, 687	28, 468
0, 05-0, 1		0, 215	8, 062	36, 53
0, 1-0, 15		0, 215	13, 437	49, 967
0, 15-0, 2		0, 215	18, 812	68, 779
0, 2-0, 25		0, 215	24, 187	92, 966

рис.17 Зависимость для трёхфазного к.з.

Предельное время отключения трёхфазного к.з. t=0, 205с.

Рис.18 Зависимости для двухфазного к.з. на землю и трёхфазного к.з.

Для данного вида к.з. предельное время отключения найдем также по формуле, без использования типовых кривых:

, что полностью совпадает с найденным методом последовательных интервалов.

Вывод: проведённый расчёт показал, что трёхфазное к.з. является наиболее тяжёлым, с точки зрения динамической устойчивости, видом к.з. для генератора (предельное время отключения трёхфазного к.з. получилось значительно меньше, чем предельное время отключения двухфазного к.з. на землю), что подтверждает теорию электромеханических переходных процессов. В режиме однофазного к.з., динамическая устойчивость сохраняется, и отключение данного вида к.з. (для обеспечения динамической устойчивости) не требуется.

7. Список используемой литературы:

1. Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах. – М.: Энергия, 1970 – 517с.

2. Веников В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах. –М.: Высш. Школа, 1978 – 415с.

3. В.П.Кычаков, В.И.Тарасов. Электромеханические переходные процессы в электрических системах: методические указания к выполнению курсовой работы. –Иркутск: Издательство ИПИ, 1993 – 31с.

4. Лыкин А.В. Электрические системы и сети: Учебное пособие. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2002. – c.

5. Курс лекции по переходным процессам В.И.Тарасова, 2006г.