Електромеханічні перехідні процеси

Федеральне агентство з освіти

Державна освітня установа вищоїпрофесійної освіти

В«Амурський державний університетВ»

(ГОУВПО В«АмГУВ»)

Кафедра енергетики

Курсова робота

на тему: Електромеханічні перехідні процеси

з дисципліни: Перехідні процеси

Виконавець

студент групи А.Б. Пріліпенко

Благовєщенськ 2004

ЗАВДАННЯ

на курсову роботу з курсуВ«Електромеханічні перехідні процеси в електричних системахВ»

Шифр ​​14.а.04.К2

1.Для заданоїсхеми електропередачі визначити запас статичної стійкості за границеюпереданої потужності при передачі від генератора в систему потужності Р н для таких випадків:

1.1 Генератор не має АРВ без урахуванняявнополюсності (X d = X q ).

1.2 Генератор забезпечений АРВ ПД (E ' q = const)без урахування явнополюсності.

1.3 Генератор забезпечений АРВ СД (U r = const) без урахування явнополюсності.

2.Побудувативекторну діаграму генератора у вихідному режимі.

3.Виконати розрахунокдинамічної стійкості у відповідності зі схемою розвитку аварії при КЗ взаданій точці в наступній послідовності:

3.1.Рассчітать і побудувати кутовіхарактеристики потужності нормального, аварійного та післяаварійного режимів (приЕ '= const).

3.2.Проізвесті чисельний розрахунок іпобудувати залежності зміни кута d 'і прискорення а від часу (наближений розрахунок).

3.3.В разі порушення стійкостівизначити граничний кут і час відключення КЗ, необхідні для збереженнястійкості.

3.4.

Прі збереженні стійкостівизначити коефіцієнт запасу динамічної стійкості.

3.5.Виполніть розрахунок динамічногопереходу з урахуванням реакції якоря і дії АРВ і побудувати залежності d, E'q, Eq, Eqe від часу.

4.Перевірити, будеЧи стійка навантаження після відключення вимикача В, і визначити коефіцієнтзапасу стійкості по напрузі у випадках:

4.1.Отсутствія АРВ у генератора.

4.2.Генератор забезпечений АРВ ПД.

4.3.Генератор забезпечений АРВ СД.

5.Визначитидопустимий час перерви електропостачання за умовами стійкостіеквівалентної асинхронної навантаження.

Розрахункова схема електропередачі

Характеристики елементівелектропередачі

Генератор Тіп4

S н , МВА

X d

X q

X ' d

X 2

T j , c

T d0 , c

T e , c

ГГ 180 0.73 0.44 0.29 0.3 6 5 0.2 Трансформатори Т1 Т2

S н , МВА

U до, %

Група соед.

S н , МВА

U до, %

Група соед. 200 11

2'125 10,5

Навантаження Лінія

Р н , МВт

сos j н

Ковзання, S 0

T j , c

L, км

U н , кВ

100 0,87 0,017 6 120 220

РЕФЕРАТ

Пояснювальна записка містить 24сторінки, 61 формулу, 3 таблиці, 12 рисунків.

відносних одиницях, АРВ, КОРОТКЕЗАМИКАННЯ, ОПІР, НАВАНТАЖЕННЯ, ПОТУЖНІСТЬ, КУТ, ЕРС, статичніСТІЙКІСТЬ, динамічної стійкості, ЗАПАС

Побудова векторних діаграм,кутових характеристик. Розрахунок запасу статичної стійкості, динамічноїстійкості, допустимого часу перерви за умовами стійкості.

ЗМІСТ

Введення

1.Визначенняпараметрів схеми заміщення і розрахунок вихідного усталеного режиму

1.1 Загальні положення

1.2 Визначення параметрівелементів схеми заміщення

1.3 Розрахунок вихідного усталеногорежиму

2. Розрахунок статичноїстійкості

3. Розрахунок динамічної стійкості

3.1 Загальніположення

3.2 РозрахунокДУ за правилом площ

3.3Наближений розрахунок ДУ методом послідовних інтервалів

3.4Уточнений розрахунок динамічної стійкості

4. Розрахунокстійкості вузла навантаження

4.1 Статична стійкість асинхронної навантаження

4.2Динамічна стійкість асинхронної навантаження

Висновок

Списоклітератури

ВСТУП

Перехідні режими поділяють нанормальні (експлуатаційні) і аварійні. У будь-яких перехідних процесахвідбуваються закономірні послідовні зміни параметрів режиму системи відмоменту обурення до початку сталого режиму.

Нормальні перехідні процесисупроводжують поточну експлуатацію системи і пов'язані в основному зі змінаминавантаження і реакцією на них регулюючих пристроїв. Строго незмінного режиму всистемі не існує і, говорячи про усталеному режимі, мають зважаючи режиммалих збурень. Малі обурення не повинно викликати порушення стійкостісистеми, або інакше кажучи не повинні призводити до прогресивно зростаючого змінипараметрів її вихідного режиму. Здатність системи повертатися до стійкогорежиму або до режиму, близького до нього при малих збуреннях називаєтьсястатичної стійкістю.

Аварійні перехідні процесивиникають при різких змінах режиму. До них відносяться короткі замикання всистемі з наступним їх відключенням, а також випадкові (аварійні) відключенняагрегатів або ЛЕП, що несуть значні навантаження, тобто великі обурюютьвпливу на систему. Такі дії призводять до значних відхиленьрежиму від вихідного стану.

Динамічна стійкість - цездатність системи відновлювати після великого обурення вихіднестан або стан, близький до вихідного (допустиме за умовамиексплуатації системи). Якщо після великого збурюючої дії синхроннаробота системи спочатку порушується, а потім після допустимого за умовамиексплуатації асинхронного ходу відновлюється, вважають, що система маєрезультуючої стійкістю.

1. Визначення параметрів схеми заміщення і розрахунок вихідногоусталеного режиму

1.1 Загальніположення

При виконанні розрахунків стійкості необхідно скластирозрахункову схему заміщення електропередачі, яка складається з схемзаміщення окремих елементів. Елементи електропередачі представляються і...ндуктивнимиопорами. Навантаження представляється в комплексному вигляді. Елементи схемизаміщення і параметри режиму визначаються у відносних одиницях (о.е.). Прицьому за базисні величини рекомендується приймати номінальну потужністьгенератора і напруга на шинах навантаження. Ряд величин залишаємо в іменованиходиницях: час t (с), постійніінерції Т (з), кути d (град)і j (град). Цим визначається формазапису рівнянь руху, що приводяться далі. При визначенні параметрів будемовикористовувати наближене приведення за середніми коефіцієнтами трансформації.

1.2 Визначенняпараметрів елементів схеми заміщення

Рисунок 1 - Схема заміщення

МВА; (1)

кВ; (2)

о.е. (3)

Переведенню в о.е. підлягають значення всіх потужностей, напругі ЕРС. При цьому враховуємо, що до базисних умов наводяться як повніпотужності, так і їх складові.

о.е.; (4)

о.е.; (5)

о.е.; (6)

о.е.; (7)

о.е. (8)

Надалі індекс В« * В» опускаємо.

1.3 Розрахунок вихідного усталеного режиму

Генератор при розрахунках у схемі заміщення представляєтьсяіндуктивним опором Х Г і прикладеною за ним ЕРС Е Г .Величини опору і ЕДС залежать від типу генератора, відсутності або наявностіАРВ і способу регулювання.

Розрахунок ЕРС і кутів ведеться за формулами:

, (9)

, (10)

гдео.е.; (11)

1)За відсутностіАРВ: Х Г = Х q ;Е Г = Е q - Синхронні опору і ЕДС.

о.е. (12)

.

2)При наявності АРВПД: Х Г = Х ` d ;Е Г = Е '- перехідні опори і ЕРС.

о.е.;

.

3)При наявності АРВСД: Х Г = 0; Е Г = U Г -напруга генератора.

.

Поздовжня складова перехідною ЕРС:

(13)

Малюнок 2 - Векторна діаграма неявнополюсного генератора

2. Розрахунок статичноїстійкості

При виконанні розрахунків передбачається, що пристрої АРВбезінерційні та забезпечують відсутність самораскачіванія. Межа переданоїпотужності визначається максимумом статичної кутовий характеристики потужності. Облік дії пристроївАРВ проводиться шляхом введення відповідних ЕРС Е Г = const, доданих за відповіднимиопорами Х Г .

Коефіцієнт запасу статичної стійкості по потужностівизначається як

(14)

1) При розрахунку запасу статичної стійкості при відсутностіАРВ генератор представляється в схемі заміщення синхронним індуктивним опоромпо поздовжній осі X d іприкладеної за ним синхронної ЕРС E q .

Кутова характеристика потужності при цьому має вигляд

(15)

де P mEq - ідеальний межа потужності нерегульованої передачі;

, (16)

де,

.

Межа переданої потужності визначається при значенні кута:

,

де

. (17)

2) Ідеальний межа переданої потужності за наявності АРВ ПДвизначається наближено і без урахування явнополюсності при Е ' q = const і Х Г = Х' d .

(18)

(19)

.

3)При наявності АРВСД (U Г = const; Х Г = 0)

(20)

Висновок: наявність АРВ різних видів збільшує запас статичноїстійкості розглянутої електропередачі; найбільший запас статичної стійкостімає місце при наявності АРВ СД.

Рисунок 3 - Характеристики потужностей

3. Розрахунок динамічної стійкості

3.1 Загальні положення

Дослідження динамічної стійкості (ДУ) грунтуються наметодах чисельного рішення диференціального рівняння відносного рухуротора генератора.

час виконання спрощених розрахунків приймаються наступні основнідопущення:

-потужність турбінивважається незмінною протягом всього перехідного режиму;

-потужність,вироблювана генератором, вважається змінною миттєво при зміні всхемою електропередачі в слідстві КЗ або комутації;

-аперіодичнімоменти, обумовлені втратами потужності, не враховуються.

З урахуванням зазначених допущень, для найпростішої схемиелектропередачі, диференціальне рівняння відносного руху ротораможе бути записано у вигляді:

, (21)

де Т j (C) - постійна інерції роторагенератора; t (c) - час; f 0 = 50 Гц;

d (ел. град); Р 0 = Р Н - потужність турбіни.

Електрична потужність генератора Р без урахування явнополюсностівизначається по кутовий характеристиці потужності

(22)

де - взаємнеопір між точкою докладання ЕРС Е 'і шинами системи U H для стану В«nВ» схеми.

Величина являєсобою прискорення розглянутого генератора.

У курсовій роботі виконуються два розрахунки динамічноїстійкості електропередачі: без урахування (наближений розрахунок за правиломплощ і методом послідовних інтервалів) і з урахуванням реакції якорягенератора і дії АРВ (уточнений розрахунок методом послідовнихінтервалів).

3.2 Розрахунок ДУ за правилом площ

навантаження генератор електропередача потужність

При виконанні наближеного розрахунку за формулою (22) будуютьсякутові характеристики потужності при Е '= const. Генератор вводиться в схему заміщення своїмперехідним опором X ' d . Взаємне опір визначається з урахуваннямопору аварійного шунта dх ( n ) ,залежного від виду КЗ.

1)Нормальний режим

Малюнок 4 - Нормальний режим

(23)

(24)

2)Аварійний режим

Малюнок 5 - Аварійний режим

(25)

3)Аварійний режим (Q2 - відключений)

Малюнок 6 - Аварійний режим (Q2 - відключений)

(26)

(27)

(28)

4)Післяаварійнийрежим

Малюнок 7 - Післяаварійний режим

За результатами обчислень будуємо характеристики нормального P I , аварійного P II і післяаварійного P III режимів.

Рисунок 8 - Характеристики потужностей

Майданчик гальмування навіть без переходу на післяаварійнийхарактеристику набагато перевищує майданчик прискорення.

(29)

(30)

(31)

По відношенню майданчики можливого гальмування до майданчикафактичного прискорення оцінюється запас динамічної стійкості:

(32)

3.3 Наближений розрахунок ДУ методом послідовнихінтервалів

При наближеному розрахунку метод послідовних інтерваліввикористовується для чисельного інтегрування диференціального рівняння. ВВнаслідок визначаються залежно d = f (t) і a = f (t). При цьому перехідний процесрозбивається на малі відрізки часу (Dt = 0,05 c), протягом яких прискорення авважається незмінним.

Порядок розрахунку наступний:

1. Для початку перехідного процесу по різниці потужностейтурбіни та генератора DР (0) знаходиться зміна кута за перший розрахунковий інтервал

, (33)

де,

Визначається значення кута в кінці першого інтервалу:

(34)

2.При новомузначенні кута d (1) обчислюється різниця потужностей впочатку другого інтервалу:

(35)

і визначається приріст кута за другий інтервал часу:

(36)

3. Прирощення кута у всіх наступних інтервалахвизначається за формулою

. (37)

При відключенні вимикачів, коли різниця потужностейраптово змінюється від до (від до), приріст кута в n +1 інтервалі визначається за виразом:

. (42)

За цим алгоритмом розрахунок продовжується або до початкузменшення кута d,що свідчить про збереження стійкості, або до граничного за умовамистійкості кута d кр .

Результати розрахунку записуємо в таблицю 1.

Таблиця 1 - Розрахунок динамічної стійкості

t, c d DP,о.е. a Dd 0,00 14.539 0.277 14.516 1.04 0,05 15.579 0.258 13.5 2.973 0,1 18.522 0.203 10.623 4.065 4.62 0,15 22.617 0.0092 -0.483 3.996 0,2 26.613 -0.102 -5.355 2.462 -16.059 0,25 29.075 -0.38 -19.887 - .386 0,3 28.689 -0.369 -19.292 -3.15 0,35 25.539 -0.274 -14.363 -5.207 0,4 ​​ 20.332 -0.113 -5.933 -6.057 0,45 14.275 0.081 4.232 -5.451 0,5 8.824 0.26 13.619 -3.666 11.309

За результатами даного розрахунку будуємо залежності d = f (t) і a = f (t) з позначенням характерних кутів івідповідних значень часу.

Рисунок 8 - Залежності кута і прискорення від часу

3.4 Уточнений розрахунок динамічноїстійкості

При виконанні уточненого розрахунку для конкретностіприймається, що зміна синхронної ЕРС E qe відбувається до усталеногозначення за експоненціальним законом з постійною часу Т е .Максимальна кратність струму збудження і відповідна ЕРС приймаєтьсярівній Е qe ін = 5. При цьому до диференціальногорівнянню руху ротора додається диференціальне рівняння перехідної ЕРСі рівняння зміни синхронної ЕРС:

; (43)

, (44)

де T d про - Постійна часу обмотки збудження;

Т е - постійна часу збудника.

У цих вираженні (43) синхронна ЕРС Е q є величиною змінною. Для гідрогенераторапри найпростішої електропередачі її зміну в часі описується виразом

.

(45)

При виконанні уточненого розрахунку з урахуванням реакції якоря ідії АРВ спільно з рівнянням руху ротора вирішується диференціальнерівняння (43) з урахуванням виразу (44). Розрахунок виконується в наступному порядку:

1.Для вихідногорежиму визначаються значення початкового кута d про , E ' q про , E q е =і середнє значення E qe (1) ср за розрахунковий інтервал часу:

Обчислюються взаємні індуктивні опору для всіх розрахунковихситуацій. При цьому гідрогенератор вводиться в схему заміщення опором Х d :

(46)

2.За висловом (45)обчислюється ЕРС для першого моменту порушення режиму Е q (0) = 1,696 о.е..

3.Визначаєтьсязміна перехідною ЕРС в перебігу першого розрахункового інтервалу

(47)

і величина перехідної ЕРС в кінці першого інтервалу

(48)

4.Знаходитьсяактивна потужність генератора на початку першого інтервалу

(49)

5.За формулами (36)і (38) визначаються прирощення кута Dd (1) і кут d (1) на початку наступного інтервалу:

6.В результатірозрахунку визначені значення = 1,256о.е. на початку другого інтервалу, за якими визначається величина ЕРС E q і розрахунок повторюється для наступногоінтервалу і т.д.

Результати розрахунку заносимо в таблицю 2.

Таблиця 2 - Уточнений розрахунок ДУ електропередачі

t, с Оґ

E qe

E ` q

О”E ` q

P ΔP Δ δ 0 14.539 1.415 1.209 - 0.251 0.304 1.141 0,05 15.68 2.208 1.213 0.004 0.248 0.308 3.447 0,1 19.127 2.826 1.225 0.012 0.304 0.251 4.887 0.422 0.088 0,15 24.014 3.306 1.243 0.018 0.535 0.021 5.045 0,2 29.059 3.681 1.264 0.021 0.653 -0.097 3.321 0.918 -0.363 0,25 32.381 3.973 1.288 0.024 1.041 -0.485 -0.317 0,3 32.064 4.2 1.314 0.026 1.062 -0.506 -4.112 0,35 27.952 4.377 1.341 0.027 0.965 -0.41 -7.184 0,4 ​​ 20.767 4.515 1.369 0.028 0.752 -0.197 -8.66 0,45 12.108 4.622 1.399 0.029 0.458 0.097 -7.932 0,5 4.176 4.706 1.428 0.03 0.164 0.392 -5.35 0.258 0.297

Рисунок 9 - Залежності кута від часу

Рисунок 10 - Залежність від часу

4. Розрахунок стійкості

регулювання..

(48)

(50)

(51)

(54)

Для генератора з АРВ СД:

Умова не проходить, значить навантаження статично не стійка.

За відомим значенням ЕРС можназнайти відповідне їй критична напруга на шинах навантаження

і визначити запас статичної стійкості навантаження по напрузі

4.2 Динамічна стійкість асинхронної навантаження

При розрахунках динамічної стійкості не враховуютьсяелектромагнітні перехідні процеси в обмотках двигунів. Змінаковзання, обумовлене зміною режиму, визначається чисельнимінтегруванням рівняння руху асинхронного двигуна:

(55)

де - постійнаінерції, приведена до номінальної потужності двигуна;

- номінальниймеханічний момент опору;

-електромагнітний момент двигуна;

(56)

(57)

(58)

У разі к.з. на двигуні напруга Uд зменшується і для його визначеннянеобхідно розглядати схему заміщення.

Напруга Uд назатисках двигуна, залежно від ковзання визначиться за формулою:

(59)

вирішивши отримане рівняння, знайдемо

(60)

ВИСНОВОК

При виконанні курсової роботи з дисципліниВ«Електромеханічні перехідні процеси в електричних мережахВ» булипридбані навички практичних розрахунків статичної та динамічноїстійкості систем і вузлів навантаження.

В ході виконання курсової роботи були зробленінаступні розрахунки:

-розрахунок вихідногорежиму і побудова векторної діаграми синхронного генератора;

-визначеннязапасу статичної стійкості за границею переданої потужності при відсутностіАРВ, за наявності АРВ ПД і за наявності АРВ СД;

-розрахунокдинамічної стійкості за методом площ і визначення її запасу;

-розрахунокдинамічної стійкості методом послідовних інтервалів (наближений іуточнений розрахунок);

-розрахунок допустимогочасу перерви електропостачання за умовами стійкості еквівалентноїасинхронної навантаження.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1.А. С. Степанов.Методичні вказівки до курсової роботи з дисципліни В«Електромеханічніперехідні процеси в електричних мережах В». Благовєщенськ. 1989.

2.С. А. Ульянов.Електромагнітні перехідні процеси. Москва. Енергія, 1970.

3.Електротехнічнийдовідник. Т.2. Під загальною ред. П. Г. Грудінского та ін Москва. Енергія, 1975.

4.В. А. Віників.Перехідні електромеханічні процеси в електричних системах. Москва.Вища Школа, 1978.

5.Перехідніпроцеси в системах електропостачання. Частина II. Електромеханічні перехідні процеси. Шабад В. К.Москва. ВЗПІ, 1990

---

Вернуться назад