Электромеханические переходные процессы

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования

«Амурский государственный  университет»

(ГОУВПО «АмГУ»)

Кафедра энергетики

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

на тему: Электромеханические  переходные процессы

по дисциплине: Переходные процессы

 

 

Исполнитель

студент группы А.Б. Прилипенко

 

 

 

 

 

Благовещенск 2004

 

 

ЗАДАНИЕ

 

на курсовую работу по курсу «Электромеханические переходные процессы в электрических  системах»

Шифр 14.а.04.К2

1. Для заданной схемы электропередачи определить запас статической устойчивости по пределу передаваемой мощности при передаче от генератора в систему мощности Р_н для следующих случаев:

1.1 Генератор не имеет АРВ без учёта явнополюсности (X_d=X_q).

1.2 Генератор снабжён АРВ ПД (E'_q=const) без учёта явнополюсности.

1.3 Генератор снабжён АРВ СД (U_r=const) без учёта явнополюсности.

2. Построить векторную диаграмму генератора в исходном режиме.
3. Выполнить расчёт динамической устойчивости в соответствии со схемой развития аварии при КЗ в заданной точке в следующей последовательности:

3.1.Рассчитать и построить  угловые характеристики мощности  нормального, аварийного и послеаварийного режимов (при Е'=const).

3.2.Произвести численный  расчёт и построить зависимости  изменения угла d' и ускорения а от времени (приближённый расчёт).

3.3.В случае нарушения  устойчивости определить предельный  угол и время отключения КЗ, необходимые для сохранения устойчивости.

3.4.При сохранении устойчивости  определить коэффициент запаса  динамической устойчивости.

3.5.Выполнить расчёт динамического перехода с учётом реакции якоря и действия АРВ и построить зависимости d, E'q, Eq, Eqe от времени.

4. Проверить, будет ли устойчива нагрузка после отключения выключателя В, и определить коэффициент запаса устойчивости по напряжению в случаях:

4.1.Отсутствия АРВ у  генератора.

4.2.Генератор снабжён  АРВ ПД.

4.3.Генератор снабжён  АРВ СД.

5. Определить допустимое время перерыва электроснабжения по условиям устойчивости эквивалентной асинхронной нагрузки.

Расчетная схема электропередачи

 

 

Характеристики элементов  электропередачи

Генератор

Тип4

Sн, МВА

Xd

Xq

X’d

X2

Tj, c

Td0, c

Te,c

ГГ

180

0.73

0.44

0.29

0.3

6

5

0.2

Трансформаторы

Т1

Т2

Sн, МВА

Uк, %

Группа соед.

Sн, МВА

Uк, %

Группа соед.

200

11

2´125

10,5

Нагрузка

Линия

Рн ,МВт

сos jн

Скольжение, S0

Tj, c

L,км

Uн, кВ

100

0,87

0,017

6

120

220

 

 

РЕФЕРАТ

 

Пояснительная записка  содержит 24 страницы, 61 формулу, 3 таблицы, 12 рисунков.

ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ ЕДИНИЦЫ, АРВ, КОРОТКОЕ ЗАМЫКАНИЕ, СОПРОТИВЛЕНИЕ, НАГРУЗКА, МОЩНОСТЬ, УГОЛ, ЭДС, СТАТИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ, ДИНАМИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ, ЗАПАС

Построение векторных  диаграмм, угловых характеристик. Расчёт запаса статической устойчивости, динамической устойчивости, допустимого времени  перерыва по условиям устойчивости.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение

1. Определение параметров схемы замещения и расчёт исходного установившегося режима

1.1 Общие положения

1.2 Определение параметров элементов  схемы замещения

1.3 Расчёт исходного  установившегося режима

2. Расчёт статической устойчивости

3. Расчет динамической устойчивости

3.1 Общие положения

3.2 Расчёт ДУ по правилу площадей

3.3 Приближённый расчет  ДУ методом последовательных  интервалов

3.4 Уточнённый расчет  динамической устойчивости

4. Расчёт устойчивости узла нагрузки

4.1 Статическая устойчивость  асинхронной нагрузки

4.2 Динамическая устойчивость  асинхронной нагрузки

Заключение

Список литературы

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Переходные режимы разделяют на нормальные (эксплуатационные) и аварийные. В любых переходных процессах  происходят закономерные последовательные изменения параметров режима системы от момента возмущения до начала установившегося режима.

Нормальные переходные процессы сопровождают текущую эксплуатацию системы и связаны в основном с изменениями нагрузки и реакцией на них регулирующих устройств. Строго неизменного режима в системе не существует и, говоря об установившемся режиме, имеют ввиду режим малых возмущений. Малые возмущения не должны вызывать нарушения устойчивости системы, или иначе говоря не должны приводить к прогрессивно возрастающему изменению параметров ее исходного режима. Способность системы возвращаться к устойчивому режиму или к режиму, близкому к нему при малых возмущениях называется статической устойчивостью.

Аварийные переходные процессы возникают при резких изменениях режима. К ним относятся короткие замыкания в системе с последующим их отключением, а также случайные (аварийные) отключения агрегатов или ЛЭП, несущих значительные нагрузки, т.е. большие возмущающие воздействия на систему. Такие воздействия приводят к значительным отклонениям режима от исходного состояния.

Динамическая устойчивость – это  способность системы восстанавливать  после большого возмущения исходное состояние или состояние, близкое  к исходному (допустимое по условиям эксплуатации системы). Если после большого возмущающего воздействия синхронная работа системы сначала нарушается, а затем после допустимого по условиям эксплуатации асинхронного хода восстанавливается, считают, что система обладает результирующей устойчивостью.

 

1. Определение параметров схемы замещения и расчёт исходного установившегося режима

 

1. Общие положения

 

При выполнении расчётов устойчивости необходимо составить  расчётную схему замещения электропередачи, которая составляется из схем замещения  отдельных элементов. Элементы электропередачи представляются индуктивными сопротивлениями. Нагрузка представляется в комплексном виде. Элементы схемы замещения и параметры режима определяются в относительных единицах (о.е.). При этом за базисные величины рекомендуется принимать номинальную мощность генератора и напряжение на шинах нагрузки. Ряд величин оставляем в именованных единицах: время t(с), постоянные инерции Т(с), углы d(град) и j(град). Этим определяется форма записи уравнений движения, приводимых далее. При определении параметров будем использовать приближённое приведение по средним коэффициентам трансформации.

 

2. Определение параметров элементов схемы замещения

 

Рисунок 1 - Схема замещения

 

 МВА; (1)

 кВ; (2)

о.е. (3)

 

 

Переводу в о.е. подлежат значения всех мощностей, напряжений и ЭДС. При  этом учитываем, что к базисным условиям приводятся как полные мощности, так и их составляющие.

 

о.е.; (4)

о.е.; (5)

о.е.; (6)

о.е.; (7)

о.е. (8)

 

В дальнейшем индекс «_*» опускаем.

 

1.3 Расчёт исходного установившегося режима

 

Генератор при расчётах в схеме  замещения представляется индуктивным  сопротивлением Х_Г и приложенной за ним ЭДС Е_Г. Величины сопротивления и ЭДС зависят от типа генератора, отсутствия или наличия АРВ и способа регулирования.

Расчёт ЭДС и углов ведётся по формулам:

 

, (9)

, (10)

 

 

где о.е.; (11)

1. При отсутствии АРВ: Х_Г = Х_q; Е_Г = Е_q – синхронные сопротивления и ЭДС.

 

о.е. (12)

 

.

2. При наличии АРВ ПД: Х_Г = Х`_d; Е_Г = Е' – переходные сопротивления и ЭДС.

о.е.;

.

3. При наличии АРВ СД: Х_Г = 0;Е_Г = U_Г – напряжение генератора.

.

Продольная составляющая переходной ЭДС:

 

 (13)

 

 

Рисунок 2 - Векторная диаграмма неявнополюсного генератора

 

 

2. Расчёт статической устойчивости

 

При выполнении расчётов предполагается, что устройства АРВ  безынерционны и обеспечивают отсутствие самораскачивания. Предел передаваемой мощности определяется максимумом статической угловой характеристики мощности . Учёт действия устройств АРВ производится путём введения соответствующих ЭДС Е_Г = const, приложенных за соответствующими сопротивлениями Х_Г.

Коэффициент запаса статической  устойчивости по мощности определяется как

 

 (14)

 

1) При расчёте запаса статической устойчивости при отсутствии АРВ генератор представляется в схеме замещения синхронным индуктивным сопротивлением по продольной оси X_d и приложенной за ним синхронной ЭДС E_q.

Угловая характеристика мощности при этом имеет вид

 

  (15)

 

где P_mEq – идеальный предел мощности нерегулируемой передачи;

 

, (16)

 

где ,

.

Предел передаваемой мощности определяется при значении угла:

,

где

 

. (17)

 

2) Идеальный предел  передаваемой мощности при наличии  АРВ ПД определяется приближённо и без учёта явнополюсности при Е'_q = const и Х _Г = Х'_d.

 

 (18)

  (19)

 

.

3. При наличии АРВ СД (U_Г = const; Х_Г = 0)

 

  (20)

 

Вывод: наличие АРВ разных видов  увеличивает запас статической  устойчивости рассматриваемой электропередачи; наибольший запас статической устойчивости имеет место при наличии АРВ СД.

 

Рисунок 3 - Характеристики мощностей

 

 

3. Расчёт динамической устойчивости

 

3.1 Общие положения

 

Исследования динамической устойчивости (ДУ) основываются на методах  численного решения дифференциального  уравнения относительного движения ротора генератора.

При выполнении упрощённых расчётов принимаются следующие  основные допущения:

• мощность турбины считается неизменной в течении всего переходного режима;
• мощность, вырабатываемая генератором, считается изменяющейся мгновенно при изменении в схеме электропередачи в следствии КЗ или коммутации;
• апериодические моменты, обусловленные потерями мощности, не учитываются.

С учётом указанных допущений, для простейшей схемы электропередачи, дифференциальное уравнение относительного движения ротора может быть записано в виде:

 

, (21)

 

где Т_j (c) – постоянная инерции ротора генератора; t (c) – время; f₀ =50 Гц;

d (эл. град); Р₀=Р_Н – мощность турбины.

Электрическая мощность генератора Р  без учёта явнополюсности определяется по угловой характеристике мощности

 

 

 (22)

 

где – взаимное сопротивление между точкой приложения ЭДС Е' и шинами системы U_H для состояния «n» схемы.

Величина  представляет собой ускорение рассматриваемого генератора.

В курсовой работе выполняются два  расчёта динамической устойчивости электропередачи: без учёта (приближённый расчёт по правилу площадей и методом последовательных интервалов) и с учётом реакции якоря генератора и действия АРВ (уточнённый расчет методом последовательных интервалов).

 

3.2 Расчёт ДУ по правилу площадей

нагрузка генератор  электропередача мощность

При выполнении приближённого  расчёта по формуле (22) строятся угловые характеристики мощности при Е'=const. Генератор вводится в схему замещения своим переходным сопротивлением X'_d. Взаимное сопротивление определяется с учётом сопротивления аварийного шунта DХ⁽ⁿ⁾, зависящего от вида КЗ.