ИЭ / 6 сем (станции+реле) / Полный текст лекций

Рисунок 65

Зависимость пусковых характеристик

Обычно еще изучают зависимости пусковых характеристик от напряжения и сопротивления связи.

Рисунок 66

Маленький график на рисунке 66 – это зависимость пусковых характеристик от напряжения. Здесь видно, что чем напряжение ниже, тем ниже пусковая характеристика. Это

видно из уравнения на рисунке 61, там есть квадратичная зависимость от напряжения (это всегда так).

Зависимость от напряжения:

Рассмотрим нашу схему: СД питается от какого-то мощного источника 1 о.е. Если по какой-то причине в источнике не 1 а 0,9 о.е., то пусковая характеристика снижается. В единичном скольжении снижается величина момента. Снижение характеристики хуже тем, что а) пусковой момент становится меньше и б) из-за того, что разница Р – Pмех будет меньше, запуск будет проходить дольше. Также снижается критический момент. При заниженном напряжении мы не можем загрузить двигатель как при номинальном напряжении (не сможет выдать необходимую мощность).

Зависимость от сопротивления связи:

В модели: у нас есть шины с 1 о.е., есть выключатель, но АД вынесен за каким то сопротивлением (индуктивным или активным).

Напряжение на шинах АД равно напряжению источника минус I*z. То есть, чем больше сопротивление связи (чем длиннее линия до АД), тем больше I*z (падение напряжения будет больше). Значит, просадка напряжения будет выше. То есть, длинные линии связи приводят к большим просадкам напряжения. Это значит, напряжение на шинах АД будет меньше. Мы получили такие же зависимости: при увеличении внешнего сопротивления (связи) характеристика снижается.

Чем меньше напряжение источника питания, тем характеристика ниже; чем сопротивление связи выше, тем напряжение ниже и тем, соответственно, ниже пусковые характеристики.

Следует отметить следующее. Критическое скольжение и критическое Р являются характерными точками, которые позволяют оценить пусковую характеристику. И их можно найти.

Все переходные процессы для синхронного генератора рассматривались на МУХ. Тут мы будем рассматривать их на моментно-скоростной характеристике. Мы находились в точке а (устойчивого равновесия), когда у нас характеристика НР. Важно отметить, характеристика Рмех не меняется. Допустим, произошло какое-то КЗ, понижающее напряжение. После чего исходная характеристика НР снизится (из-за просадки напряжения) до характеристики АР. И

мы будем в точке b. Тут так же: скольжение (скорость) не может измениться скачком.

и поэтому мы пойдем в сторону меньшей скорости (или большего скольжения). После этого задействует АВР (автоматический ввод резерва) и мы возвратимся в характеристику НР к точке d. Получается, что в точке d Р – Рмех > 0, и мы будем идти в сторону большей скорости (то есть в сторону меньшего скольжения) к точке а – точке устойчивого равновесия. Нужно понимать, что из точки d у нас происходит пуск двигателя.

Лавина напряжения

Рисунок 69

Рассмотрим участок сети (кабельная линия + АД). В формуле на рисунке 69: U2 – это напряжение на шинах нагрузки, U1 – это напряжение на точке питания, Pr+Qx/U1 – это падение напряжения на кабельном участке. У АД есть такая неприятность (при пуске это видно), что при пуске АД потребляет очень большой пусковой ток, потребляет большую реактивную мощность и просаживает напряжение. Если в сети просаживается напряжение, то возникает неприятный процесс. В этом случае, получается, что АД до критического момента (пока они не опрокинутся) при снижении напряжения снижают потребление реактивной мощности. Но как только они начинают опрокидываться и тормозится, он начинает потреблять очень много реактивной мощности. Если он потребляет много реактивной мощности, значит, он просаживает напряжение. Следовательно, это приводит к тому, что все соседние АД начинают опрокидываться, а из-за того, что они начинают опрокидываться они

начинают потреблять много реактивной мощности и т. д. Этот процесс называется лавиной напряжения. АД при пуске и при опрокидывании начинает потреблять очень большой

пусковой ток, очень много реактивной мощности и тем самым просаживает напряжение. Поэтому большие электродвигатели прямым пуском обычно не запускаются. Вместо этого применяются: реакторные пуски (сначала подключаемся через реактор, немножко разгоняем, и только потом начинаем переключение на прямую схему) и частотные пуски (когда между сетью и АД включается полупроводниковый преобразователь, который регулирует по какому-то закону).

Лекция 8 от 12.04.22

Эквивалентирование нескольких АД

Рисунок 70

АД по мощности очень маленькие и их, как правило, много. Если происходит исследование АД на шинах собственных нужд, то есть смысл моделировать их всех. Но, если нас интересуют, допустим, переходные процессы на отходящей от генератора системе, и при этом нас мало интересуют процессы на шинах собственных нужд, то тогда все АД собственных нужд заменяют одним эквивалентным АД (полученный из группы АД), параметры которого можно найти по рисунку 70.

Это все характерно не только для шин собственных нужд. В узлах нагрузки тоже можно поставить один АД. Понятно, что этот АД не физичен.

Статическая нагрузка

Когда мы говорили про эквивалентный АД, имелось в виду, что это все-таки машина (группу из 30 асинхронников замещаем одним асинхронником). Этим замещением в точности мы теряем немного, но все же преобразование асинхронников идет в асинхронники (что блядь?). Но асинхронники являются не единственной нагрузкой. У нас есть световая нагрузка, какие-то печи и т.д., характеристики потребления которых не похожи на характеристики АД. Эти нагрузки нельзя заменить асинхронником. Для таких нагрузок самым точным методом

является моделирование каждой нагрузки. Но, вместо этого пользуются нагрузкой, которая представляется в качестве определенного шунта (просто активное и индуктивное сопротивление). Но параметры этих шунтов немножко более заковыристые.

Рисунок 71

Вся необычность параметров заключается в том, что если бы это были просто резисторы (или просто катушки), то у них характеристики были бы вполне линейными и известными. Но это было бы неправдой. В подавляющем большинстве случаев нагрузка имеет более сложный характер, нежели линейный.

Про второй пункт на рисунке: сложно найти два одинаковых узла, в которых будет одинаковая нагрузка.

Достоверно эти характеристики определить очень сложно, и они очень сильно меняются от характера нагрузки. Поэтому не говорят о статической характеристике для определенного узла, а вводят такое понятие как типовой узел, состав которого известен.

Ранее было сказано: про линии, трансформаторы и генераторы, то есть про объекты моделирования генерации и распределения мы знаем все (точность при правильном моделировании 1…2%). А нагрузки – это самый неизвестный (неточный) элемент в энергосистеме.

Статические характеристики нагрузки по U

Статические характеристики нагрузки – это изменение потребляемой мощности в зависимости от параметров в узле подключения. Разделяют статические характеристики по напряжению и по частоте. То есть говорят: есть какая-то ЭС, и там есть какой-то узел, в котором находится нагрузка. И мы для этого узла знаем Р и Q, которую должна потреблять наша нагрузка. Но вот эти Р и Q обычно даются на номинальном напряжении и номинальной частоте узла. Но в реальности частота иногда отклоняется от номинала (50 Гц), а напряжение иногда проседает даже без КЗ (достаточно широкий диапазон). И получается, что если, допустим, напряжение не 1 (в о.е.) а 1,05, то уже идет потребление Р не 100 МВт (как закладывалось), а как-то отличающееся от 100 МВт. И как раз эти статические характеристики нагрузки (полиномы на рисунке 72) показывают, как в зависимости от напряжения меняется потребление нагрузки.

Рисунок 72

Коэффициенты a, b и c подбираются под характер нагрузки так, чтобы эта нагрузка примерно соответствовала тому, что есть. Физического смысла в этих коэффициентах нет, но их можно определить по результатам замеров и, как правило, их типовые значения известны.

Если, допустим, aP = 1 bP = 0 cP = 0, то получается, что наша нагрузка Pн не зависит от напряжения в узле нагрузки. То есть, даже если напряжение на узле нагрузки изменится от 1 о.е. до 1,1 о.е., то нагрузка будет потреблять ту же мощность.

Пусть aP = 0 bP = 1 cP = 0. Тогда зависимость потребляемой мощности будет линейной. То есть, если напряжение в узле нагрузки поменяется в k раз, то потребляемая мощность изменится в столько же раз.

Если же aP = 0 bP = 0 cP = 1, то будет квадратичная зависимость.

То есть, эти коэффициенты показывают чувствительность от напряжения (насколько нагрузка чувствительна к напряжению). Если есть некий обобщенный узел, то мы его нагрузку (характер) с помощью вот этих коэффициентов можем набрать.

Типовой узел нагрузки

Применяется при расчетах. Состав двигателей и нагрузок в нем показан на рисунке 73.

Рисунок 73

Если моделировать эту типовую нагрузку целиком (все замещается одной нагрузкой) статической нагрузкой, в которой есть квадратичная зависимость от напряжения, то это значит, что коэффициент надо использовать. Потому что это значение является коэффициентом квадратичной зависимости (рисунок 72). И если мы учитываем АД, то его

Но помимо АД есть другие нагрузки, характеристики которых различны. Если эти характеристики построить на графике в зависимости от напряжения, то мы увидим кривую P, кривизна которой задается коэффициентами . На рисунке 73 приведены характеристики P для разных значений коэффициентов. Точка (1;1) – потому что задается активная мощность для номинального напряжения в о.е. Все то же самое и для реактивной мощности.

Про критическое напряжение. Это значение есть у АД: после снижения ниже Uкр у нас моментно-скоростная характеристика опускается вниз и АД начинает тормозиться, наблюдается лавина напряжения.

Статическая характеристика типового узла имеет очень сильный характер и очень похожа на АД. Но это нелогично, потому что АД составляют практически половину типового узла нагрузки. Но, тем не менее, это не полностью АД, так как есть еще другие части. Обычно при помощи статических характеристик нагрузки описывают все узлы, которые будут встречаться в энергосистеме.

Значения коэффициентов a, b, c

Рисунок 74

Первые три случая – это частные случаи. Если c = 1, значит у нас только квадратичная зависимость P и Q. Если b = 1, то линейная зависимость. Если a = 1, то постоянная мощность.

Статические характеристики нагрузки по частоте

Существует такое понятие, как статические характеристики нагрузки по частоте.

Рисунок 75

То же самое, что и по напряжению. Есть некая P, есть номинальная Рном (имеется в виду при номинальных значениях частоты), и есть зависимость мощности от частоты в виде полинома первой степени. Получается, что нагрузка может быть смоделирована без зависимости от частоты (α = 1, при любом отклонении частоты нагрузка будет потреблять столько, сколько надо). Второй вариант, когда есть линейная зависимость от частоты.