ЭМПП_3_Кутонов_5А93

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное

учреждение высшего образования

«Национальный исследовательский Томский политехнический университет»

Инженерная школа энергетики

Отделение электроэнергетики и электротехники

Направление − 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника

ОТЧЁТ

по дисциплине: «Электромеханические переходные процессы»

Лабораторная работа №3

«ВЫБОР УПРАВЛЯЮЩИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ ПО УСЛОВИЯМ СОХРАНЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ»

Вариант 1

Выполнил: студент гр. 5А93 В.С. Кутонов

(подпись)

Проверил: Преподаватель ______________

(подпись)

Томск 2022

Цель работы:

Освоить методологию выбора управляющих воздействий, направленных на сохранение динамической устойчивости энергосистем. Научиться проводить расчеты динамической устойчивости энергосистем с помощью компьютера.

Рисунок 1– Исходная электрическая схема энергосистемы

Исходные данные:

Ход работы:

1. Определяем ступени трансформации

Рисунок 2– Ступени трансформации

Зададимся базисными величинами мощности и напряжений на ступенях трансформации. Приведем параметры системы в систему относительных единиц.

Рисунок 3– Приведение параметров системы

Определение постоянной инерции, демпферного коэффициента и величины активной мощности генератора:

Определяем постоянную инерции, демпферный коэффициент и величину активной мощности.

Рисунок 4– Приведение механических характеристик генератора

2. Расчет нормального установившегося режима энергосистемы

Все дальнейшие расчеты проводятся в относительных единицах. Определение угла между векторами напряжений и реактивной мощности генератора:

Проводим расчет для нормального установившегося режима энергосистемы

Рисунок 5– Расчеты для схемы в нормальном режиме

Расчет угловой характеристики генератора в нормальном режиме при изменении угла от 0 до 180 градусов:

Рисунок 6– Схема замещения энергосистемы в нормальном режиме

Рисунок 7 – Угловая характеристика генератора в нормальном режиме

3. Расчет аварийного режима энергосистемы, который возникает в результате двухфазного КЗ на землю в начале одной из цепей линии.

Рисунок 8– Схема замещения энергосистемы в аварийном режиме

Рисунок 9 – Схема обратной последовательности

Рисунок 10– Схема нулевой последовательности

Расчет сопротивлений обратной, нулевой последовательностей и сопротивления шунта:

Проводим расчет для аварийного режима энергосистемы, который возникает в результате двухфазного КЗ на землю в начале одной из цепей линии

Рисунок 11– Сопротивления в схемах метода симметричных составляющих

Расчет угловой характеристики генератора при изменении угла от 0 до 180 градусов:

Рисунок 12 – Угловая характеристика генератора в аварийном режиме

4. Расчет послеаварийного установившегося режима энергосистемы после отключения поврежденной цепи линии.

Рисунок 13– Схема замещения энергосистемы в послеаварийном режиме

Расчет угловой характеристики генератора при изменении угла от 0 до 180 градусов:

Проводим расчет для послеаварийного установившегося режима энергосистемы, который возникает после отключений поврежденной цепи линии

Рисунок 2– Угловая характеристика генератора в послеаварийном режиме

5. Расчет критического и предельного углов отключения поврежденной цепи линии.

Предельный угол отключения поврежденной цепи ВЛ определяется из условия равенства площадок ускорения и возможного ускорения.

Рисунок 15– Углы отключения

6. Построение графика с характеристиками трех режимов с обозначением , , . Обозначение площадок ускорения и торможения при предельном динамическом переходе генератора.

Рисунок 3– Угловые характеристики нормального, аварийного и послеаварийного режимов

7. Расчет переходных режимов для трех случаев: при сохранении динамической устойчивости; при нахождении энергосистемы на границе динамической устойчивости; при нарушении динамической устойчивости.

Задаем углы отключения для каждого случая: , и . и задаются самостоятельно в пределах 10-20 градусов. Численно решаем систему дифференциальных уравнений, описывающих поведение системы в случае динамического перехода при сильных внешних возмущениях.

7.1. Выполним расчет при сохранении динамической устойчивости используя метод Рунге-Кутта:

Рисунок 4– Расчет при сохранении динамической устойчивости

Рисунок 5– Изменение угла и относительной скорости во времени при сохранении динамической устойчивости системы

Рисунок 19– коэффициент запаса при сохранении динамической устойчивости системы

Рисунок 6– График активной мощности при сохранении динамической устойчивости системы

Как видно из полученной характеристики и отношения площадок ускорения, система динамически устойчива при заданном угле отключения.

7.2. Выполним расчет для переключений на границе динамической устойчивости:

Рисунок 21– Расчет на границе динамической устойчивости

Рисунок 22– Изменение угла и относительной скорости во времени на границе динамической устойчивости системы

Определим площадки ускорения и возможного торможения, а также вычислим коэффициент запаса динамической устойчивости:

Рисунок 23– Коэффициент запаса на границе динамической устойчивости системы

Рисунок 24– График активной мощности на границе динамической устойчивости системы

7.3. Выполним расчет для переключений при нарушении динамической устойчивости:

Рисунок 24– Расчет при нарушении динамической устойчивости

Определим принужденную составляющую угла

Рисунок 25– Изменение угла и относительной во времени при нарушении динамической устойчивости системы

Рисунок 26– Коэффициент запаса при нарушении динамической устойчивости системы

Рисунок 27– Фазовый портрет при нарушении динамической устойчивости системы

Система динамически не устойчива, угол во времени быстро увеличивается, синхронность работы генераторов и энергосистемы нарушена.

9. Выберем управляющее воздействие, обеспечивающее устойчивость динамического перехода. При расчетах отключили два генератора, чтобы переход стал устойчивым. При выборе управляющего воздействия учитываем задержку времени, с которой осуществляется отключение генератора. Она состоит из времени срабатывания пусковых органов системы управления и времени срабатывания выключателей. Как показал эксперимент, для сохранения устойчивости необходимо отключить 3 генератора.

Управляющее воздействие для обеспечения ДУ

Рисунок 28 – Параметры при отключении трех генераторов

Рисунок 29 – Изменение угла и относительной скорости во времени с условием выбора угла управляющего воздействия с отключением трех генераторов

Рисунок 30 – График активной мощности при отключении трех генераторов

Управляющее воздействие позволило уменьшить суммарную передаваемую мощность в энергосистему, так же результирующую мощность турбины, что дало нам при большом угле переключения сохранить устойчивость системы.

Определим угол между векторами напряжений, переходную ЭДС, реактивную мощность генератора и угол :

Из полученных соотношений видно, что система динамически устойчива, так как выполняется практический критерий динамической устойчивости, который заключается в том, что отношение площадок ускорения и торможение должно быть численно равным или больше единицы.

Вывод:

В ходе выполнения данной лабораторной работы было рассмотрено состояние системы при разной динамической устойчивости. По результатам расчетов можно судить о том, что при увеличении угла отключения динамическая устойчивость уменьшается. Также по рассчитанным площадкам ускорения и торможения можно сказать, что при условии отношения большего или равного единице, система является устойчивой. Если наоборот – неустойчивой. Это наблюдается в зависимостях угла и скольжения от времени, при нарушении динамической устойчивость угол со временем начинает неограниченно возрастать, а при устойчивости он меняется по синусоидальному закону.

Управляющим воздействием в данной лабораторной работе было выбрано отключение двух генераторов в качестве меры для сохранения динамической устойчивости расчетной части энергосистемы при существенно больших углах отключения. В результате полученных характеристик как изменения угла и относительной скорости во времени, которые приобрели синусоидальный вид и перестали неограниченно возрастать. Также и характеристика передаваемой мощности от угла, в которой площадка торможения была равна площадке ускорения, можно сделать вывод о том, что ОГ в качестве мер по сохранению ДУ является одним из эффективных мероприятий.

Ответы на вопросы:

1. Почему при расчетах динамической устойчивости энергосистем синхронные генераторы замещаются переходным сопротивлением и переходной ЭДС?

Переходная ЭДС очень удобна при расчете переходных режимов, происходящих в энергосистеме, так как она в первый момент начала переходного процесса не изменяется скачком и имеет то же численное значение, что и в предшествующем режиме. Переходное сопротивление нам необходимо для связи синхронной ЭДС с переходной, так как в нем учтена неизменность магнитного потока в начальный момент времени (магнитный поток в момент коммутации не может измениться скачком), соответственно с помощью переходного сопротивления мы можем определить переходную ЭДС.

2. В какой форме отражается наличие несимметрии параметров в схеме замещения системы при несимметричном КЗ?

При несимметричном коротком замыкании появляется шунт короткого замыкания, который учитывает возникшую несимметрию в месте КЗ, а также является переходным сопротивлением между местом КЗ и землей. Если бы не учитывалось переходное сопротивление (шунт), замыкание являлось бы металлическим.

3. Из каких условий определяется предельный угол отключения поврежденной цепи?

Площадки торможения и ускорения должны быть равны между собой. Исходя из этого условия определяется предельный угол отключения поврежденной цепи.

4. Какие параметры уравнения движения ротора эквивалентного генератора изменяются при отключении части генераторов?

Уменьшается постоянная инерции и демпферный коэффициент, а также увеличивается эквивалентное сопротивление всей схемы замещения заданной энергосистемы.

5. Почему отключение части генераторов позволяет сохранить динамическую устойчивость энергосистемы?

При отключении генераторов уменьшается инерционность всей системы. Уменьшается суммарная мощность, что подразумевает уменьшение мощности турбины, генерируемой мощности в каждом из расчетных режимов, что позволяет быстрее вернуть систему в устойчивое положение. Увеличивается запас устойчивости посредством увеличения площадки возможного торможения.