- •Введение
- •1. Основные понятия и определения
- •Вопросы и задания для самопроверки
- •2. Статическая устойчивость электроэнергетических
- •2.2. Векторная диаграмма для явнополюсного синхронного генератора в простейшей электроэнергетической системе
- •2.3. Характеристика мощности при сложной связи генератора с приемной системой
- •2.4. Максимальные и предельные нагрузки
- •2.5. Требования, предъявляемые к режимам
- •2.6. Характеристики режимов простейшей электроэнергетической системы при синхронной скорости вращения генератора
- •2.7. Простейшая оценка устойчивости установившегося режима. Энергетический критерий
- •2.8. Практический критерий статической устойчивости для простейшей ээс
- •2.9. Практический критерий статической устойчивости для асинхронных двигателей
- •2.10. Коэффициенты запаса статической устойчивости
- •2.11. Общая характеристика и дифференциальные уравнения регулирования возбуждения генератора
- •Вопросы и задания для самопроверки
- •3. Динамическая устойчивость ээс
- •3.1. Допущения, принимаемые при анализе динамической устойчивости
- •3.2. Уравнение движения ротора синхронной машины
- •3.3. Оценка динамической устойчивости при переходе от одного режима к другому
- •3.4. Энергетические соотношения, характеризующие движение ротора генератора
- •3.5. Способ площадей и вытекающие из него критерии динамической устойчивости
- •3.6. Определение предельного угла отключения короткого замыкания
- •3.7. Определение предельного времени отключения аварии
- •3.8. Проверка устойчивости при наличии трехфазного или пофазного автоматического повторного включения лэп
- •3.9. Применение способа площадей при анализе действия автоматического регулирования
- •3.10. Условия успешной синхронизации
- •3.11. Способ площадей при исследовании устойчивости двух станций
- •3.12. Метод последовательных интервалов
- •3.13. Расчет динамической устойчивости систем с несколькими генераторными станциями
- •3.14. Динамическая устойчивость неявнополюсного генератора, работающего на шины бесконечной мощности
- •3.15. Динамическая устойчивость явнополюсного генератора при учете электромагнитных процессов
- •Вопросы и задания для самопроверки
- •4. Асинхронные режимы, ресинхронизация и результирующая устойчивость
- •4.1. Общая характеристика асинхронных режимов
- •В электроэнергетических системах
- •4.2. Возникновение асинхронного режима
- •4.3. Задачи, возникающие при исследовании асинхронных режимов
- •4.4. Параметры элементов электроэнергетических систем при асинхронных режимах
- •4.4.1. Генераторы
- •4.4.2. Первичные двигатели
- •4.4.3. Нагрузка
- •4.4.4. Линии электропередачи, сеть
- •4.5. Выпадение из синхронизма, асинхронный ход синхронных машин
- •4.6. Вхождение в синхронизм асинхронно работающих генераторов
- •4.7. Основные сведения об устройствах ликвидации асинхронного режима
- •4.8. Способы ликвидации асинхронных режимов в энергосистемах
- •4.9. Основные принципы выявления асинхронного хода
- •Вопросы и задания для самопроверки
- •5. Мероприятия по повышению надежности, улучшению устойчивости и качества переходных процессов ээс
- •5.1. Постановка задачи
- •5.2. Улучшение характеристик основных элементов электроэнергетической системы
- •5.3. Дополнительные устройства для улучшения устойчивости
- •5.4. Мероприятия режимного характера
- •Вопросы и задания для самопроверки
- •Библиографический список
3.12. Метод последовательных интервалов
Общим методом решения любых задач, требующих выявления харак-
тера относительного движения ротора одного или нескольких генераторов, является метод численного интегрирования дифференциальных уравнений системы. Одним из них является метод последовательных интервалов. Большим его достоинством является то, что он дает картину протекания процесса во времени на начальной стадии переходного процесса и благодаря этому позволяет ввести в расчет такие факторы, влияние которых зависит от времени. Так, например, с помощью метода последовательных интервалов можно установить предельное время отключения КЗ, учесть действие регуляторов возбуждения, изменение реакции статора во времени и т. д.
Уравнение движения ротора, решаемое в дальнейшем методом последовательных интервалов, можно записать следующим образом:
. (3.28)
Решение этого уравнения в форме даёт картину изменения угла во времени и позволяет установить, останется ли машина в синхронизме или нет. Однако уравнение (3.28) является нелинейным дифференциальным уравнением второго порядка и поэтому не может быть решено путём прямого интегрирования, за исключением частного случая, когда мощность генератора, выдаваемая в сеть, Рг = Р = 0. Поэтому в большинстве случаев задачу приходится решать методом численного интегрирования уравнения.
Применяемый в дальнейшем метод последовательных интервалов для численного интегрирования уравнения движения ротора позволяет найти решение в конечных приращениях. Для этого весь процесс относительного движения машин разбивается на ряд небольших интервалов времени , и для каждого из этих интервалов последовательно вычисляется приближенное значение приращения угла . В момент КЗ мощность, отдаваемая генератором в сеть, падает и при этом возникает избыток мощности: . Для достаточно малого интервала времени можно допустить, что этот избыток мощности в течение рассматриваемого интервала времени будет оставаться неизменным. И тогда по формулам равномерно ускоренного движения можно вычислить приращение угловой скорости и приращение угла в течение первого рассматриваемого интервала времени по следующим выражениям
, (3.29)
, (3.30)
где – это ускорение в течение первого интервала времени:
. (3.31)
Следует заметить, что относительная угловая скорость машины в момент КЗ равна нулю, и поэтому относительная угловая скорость машины в конце первого рассматриваемого интервала времени будет равна приращению угловой скорости за этот интервал времени
. (3.32)
С учетом выражений (3.30), (3.31), получим
. (3.33)
В этом уравнении угол , а также время и постоянная инерции выражены в радианах. В практических же расчётах удобнее пользоваться формулой, когда угол выражен в градусах; пересчёт из радианной меры в градусную можно определить по формуле
. (3.34)
Выражение для перевода времени из радианной меры в секунды:
, (3.35)
(3.36)
Тогда с учетом (3.33), (3.35) и (3.36) в выражении (3.34) получаем, что приращение угла на первом интервале
. (3.37)
В этом выражении угол выражен в градусах, а время и в секундах. Для упрощения обозначим , тогда (3.37) перепишется в виде
. (3.38)
Выражение (3.38) позволяет определить значение приращения угла на первом интервале времени после возникновения КЗ. Зная это приращение угла в первом интервале времени, можно найти абсолютное значение угла в конце первого рассматриваемого интервала времени
. (3.39)
Угол также является углом начала следующего второго интервала времени. Для нового значения угла можем определить избыток мощности
во втором интервале времени по выражению следующего вида
. (3.40)
Этот избыток мощности будет создавать во втором интервале ускорение
.
При вычислении приращения угла на втором интервале времени , а также всех последующих необходимо учитывать, помимо действующей, имеющей место в этом интервале времени, также уже имеющуюся в начале интервала относительную скорость. Тогда для можем записать уравнение
. (3.41)
В этом выражении значение относительной угловой скорости определяется согласно уравнению (3.32) с учётом (3.29):
. (3.42)
Но значение угловой скорости, определяемое по (3.42), является несколько неточным, т. к. в действительности избыток мощности в первом интервале времени, а соответственно и ускорение не будут являться постоянными величинами в течение рассматриваемого первого интервала времени и, следовательно, несколько изменятся. Поэтому более точные результаты можно получить, если предположить, что ускорение в течение первого интервала времени будет равно значению
(3.43)
И тогда, с учётом (3.43), относительная угловая скорость определяется по выражению
(3.44)
Подставляя (3.44) в (3.41), получим
. (3.45)
Учитывая выражения (3.30) и (3.38) и подставляя в (3.45), запишем
. (3.46)
Выражение (3.46) позволяет определить приращение угла на втором, а также и на всех последующих интервалах времени подобным образом. Теперь, зная и угол в начале второго интервала времени, можем определить абсолютное значение угла
. (3.47)
Этот угол будет также являться и углом в начале третьего интервала времени. Тогда по значению этого угла может определяться избыточная мощность
. (3.48)
Приращение угла на третьем интервале времени определяется подобно (3.46):
и т. д.
Расчет величин на остальных интервалах производится подобно второму интервалу времени. Если же в начале какого-либо интервала времени происходит резкое изменение режима, например отключение повреждённой цепи или ЛЭП (рис. 3.21.), то тогда в начале этого интервала времени избыток мощности будет внезапно изменяться от , определяемого до отключения, до , определяемого после отключения:
,
.
При вычислении приращения угла в первом интервале после момента отключения эти избытки мощности должны быть определены как средняя величина, тогда
. (3.49)
Рис. 3.21. Угловые характеристики ЭЭС при резком изменении режима
При расчёте современных мощных ЭЭС интервал (шаг численного интегрирования) принимают равным −с. Наиболее точные результаты могут быть получены при меньшем шаге численного интегрирования . Причём этот шаг должен выбираться тем меньше, чем меньше постоянная времени протекания переходного процесса в различных контурах. При меньшей величине погрешность расчёта на каждом интервале будет меньше, но количество интервалов возрастает, и, следовательно, увеличивается длительность расчёта. Поэтому при расчётах вручную выбирают = 0,05 с. Следует отметить, что рассматриваемый метод последовательных интервалов не предусматривает контроля погрешности, автоматического изменения шага интегрирования при понижении точности ниже заданной, также не предусматривает внесения поправок. Поэтому в практике эксплуатации электроэнергетических систем в современных промышленных программах при интегрировании используют не этот метод, а метод Рунге-Кутта IV порядка. Расчёт методом последовательных интервалов ведётся до тех пор, пока угол не начнет уменьшаться (рис. 3.22)
Рис. 3.22. Зависимость изменения угла во времени: 1 − динамически устойчивый переход; 2 − неустойчивый переход
− кривая 1, что соответствует динамически устойчивому переходу, или же до тех пор, пока не будет выяснено, что угол беспрепятственно возрастает − кривая 2, и это уже соответствует динамически неустойчивому переходу, т. е. в данном случае будет нарушаться синхронный режим, и ЭЭС переходит в асинхронный режим работы.