Столбов Ю.А., Пястолов В.В. Электромеханические переходные процессы

Подождите немного. Документ загружается.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Южно-Уральский государственный университет

Кафедра «Системы электроснабжения»

621.311(07)

Ю.А. Столбов, В.В. Пястолов

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ

Учебное пособие по курсовому проектированию

Челябинск

Издательство ЮУрГУ

2005

УДК 621.311.1()

Столбов Ю.А., Пястолов В.В. Электромеханические переходные

процессы: Учебное пособие по курсовому проектированию.

– Челябинск: Изд. ЮУрГУ, 2005. – 45 с.

В соответствии со сложившейся практикой преподавания и

изучения в вузе курс «Переходные процессы в электрических

системах» делится на две части, первая из которых посвящена

изучению электромагнитных переходных процессов, а вторая –

электромеханических переходных процессов.

Приведенная ниже программа второй части курса рассчитана на

100 часов учебных занятий, включающих в себя: лекций – 36 часов;

практических занятий – 18 часов; лабораторных – 18 часов и

курсового проектирования – 28 часов.

Для повышения эффективности изучения курса

предусматривается выполнение курсовой работы «Исследование

статической и динамической устойчивости простейшей

регулируемой системы».

Поставленные для выполнения в работе задачи охватывают

почти все основные разделы изучаемого курса, а именно:

1) основные характеристики установившегося режима работы

системы;

2) статическая устойчивость нерегулируемой и регулируемой

системы;

3) динамическая устойчивость системы.

Ил. 28, табл. 2, список лит. – 5 назв.

Одобрено учебно-методической комиссией энергетического

факультета.

Рецензенты:

ISBN Издательство ЮУрГУ , 2005

ПРОГРАММА КУРСА

«Электромеханические переходные процессы в

электроэнергетических системах»

1. Общие сведения об устойчивости электрических

систем

Сущность проблемы устойчивости. Энергетический критерий

устойчивости. Практический критерий устойчивости простейшей

электрической системы. Практический критерий устойчивости

асинхронного двигателя. Статическая устойчивость. Задача

статической устойчивости. Простейшая оценка устойчивости

перехода от одного режима к другому (динамическая

устойчивость). Задача динамической устойчивости.

2. Основные характеристики системы

Эквивалентные постоянные простейшей системы (постоянные

эквивалентного 4-х полюсника). Круговые программы мощностей.

Угловые характеристики простейшей системы. Определение

мощностей сложных систем с поперечными связями. Векторные

диаграммы, статические и динамические характеристики

простейшей системы при синхронной скорости вращения

генератора. Особенности передачи энергии по длинным линиям

электропередач. Режимы четверти волны и полуволны. Продольная

и поперечная компенсация линий электропередач.

3. Уравнения движения системы

Время. Угол. Скорость. Мощность и вращающий момент.

Ускорение. Кинетическая энергия. Виды записи уравнения

движения ротора.

4. Статическая устойчивость нерегулируемой

электрической системы. Процессы при малых

возмущениях

Замена исходных нелинейных уравнений линеаризованными.

Анализ статической устойчивости нерегулируемой системы без

учета электромагнитных переходных процессов в контурах ротора

с упрощенным учетом демпферного момента. Общий вид

уравнения движения системы. Признак устойчивости линейной

системы. Условия устойчивости для систем первого и второго

порядка. Необходимое условие устойчивости линейной системы.

Условие устойчивости для систем третьего порядка.

Алгебраический критерий Гурвица. Частотный критерий

Михайлова. Анализ статической устойчивости нерегулируемой

системы с учетом электромагнитных переходных процессов в

обмотке возбуждения и упрощенным учетом демпферного

момента.

5. Статическая устойчивость регулируемой системы

Основные принципы построения систем автоматического

регулирования или управления. Передаточная функция. Основы

структурного метода при анализе линейных систем: звено

направленного действия; основные способы соединения звеньев

направленного действия; перенос сумматора; перенос узла,

перестановка узлов и сумматоров; вычисление передаточной

функции одноконтурной и многоконтурной системы.

Элементарные звенья структурных схем: усилительное звено;

инерционное звено; интегрирующее звено; дифференцирующее

звено; колебательное звено. Принципиальная схема простейшего

автоматического регулятора возбуждения (АРВ)

пропорционального действия. Построение структурной схемы с

АРВ пропорционального действия. Анализ устойчивости системы с

АРВ пропорционального действия. Метод D-разбиения для

определения параметров системы АРВ, обеспечивающих

статическую устойчивость.

6. Динамическая устойчивость простейшей системы

Основные допущения при расчете динамической устойчивости.

Энергетические соотношения, характеризующие движение ротора

генератора. Способ площадей и вытекающие из него критерии

устойчивости. Определение предельного угла отключения

короткого замыкания. Применение способа площадей при анализе

действия АРВ. Влияние демпфирования, действия регуляторов,

реагирующих на изменение скорости. Метод последовательных

интервалов. Расчеты при учете переходных электромагнитных

процессов. Применение типовых кривых для определения

характера изменения угла

(

)

7. Динамическая устойчивость двухмашинной системы

Правило площадей и метод последовательных интервалов в

случай двух станций соизмеримой мощности.

8. Средства повышения устойчивости

Форсировка возбуждения. Автоматическое повторное

включение. Пофазное отключение. Заземление нейтрали и

нагрузочное сопротивление. Продольная и поперечная

компенсация.

9. Переходные процессы в узлах нагрузки электрических

систем при малых изменениях режима

Лавина напряжения (статическая устойчивость нагрузки,

опрокидывание двигателей). Влияние регуляторов напряжения,

установленных на генераторах. Влияние подключения к нагрузке

батарей статических конденсаторов. Роль электрического центра

системы. Медленные понижения напряжения. Изменение частоты

системы.

10. Переходные процессы в узлах нагрузки

электрических систем при больших возмущениях

Динамические характеристики элементов нагрузки. Простейшая

динамическая характеристика асинхронного и синхронного

двигателей. Пуск двигателей. Самозапуск двигателей.

КУРСОВАЯ РАБОТА

«Исследование статической и динамической

устойчивости простейшей регулируемой системы,

состоящей из генераторной станции, работающей на

шины бесконечной мощности через две параллельные

линии электропередачи»

Содержание курсовой работы

Генераторная станция работает на шины бесконечной мощности

через две параллельные линии 2хАС-F и передает мощность

при

8,0cos

=ϕ , рис. 1. Напряжение на шинах приемной системы

поддерживается неизменным, равным

U . Генераторы оснащены

системой АРВ пропорционального действия.

Рис. 1. Схема системы

Ниже сформулировано задание на курсовую работу.

1. Используя постоянные четырехполюсника, построить

круговые диаграммы и угловые характеристики передачи при

условии поддержания неизменным тока возбуждения

генератора.

2. Построить статическую

и динамическую

′

угловые

характеристики генераторной станции и определить

коэффициент запаса статической устойчивости для каждой из

характеристик при угле

, соответствующем передаваемой

мощности

P .

3. Выявить влияние коэффициента мощности нагрузки

cos

на

запас статической устойчивости системы при условии

поддержания неизменной величины передаваемой активной

мощности

P .

ВЛ

cos,P

4. Проверить статическую устойчивость системы без учета

действия АРВ, найти частоту и период собственных

колебаний в различных режимах без учета и с учетом

демпферного момента. Определить зависимость изменения

угла во времени при отклонении ротора на один градус от

положения установившегося режима при

0 ;

;

гр

90<δ<δ и

115 .

5. По заданной принципиальной электрической схеме системы

АРВ составить структурную схему электрической системы с

АРВ пропорционального действия.

6. Последовательными преобразованиями упростить

структурную схему и определить эквивалентную

передаточную функцию системы, а также характеристический

многочлен системы с учетом наличия АРВ

пропорционального действия.

7. Произвести анализ устойчивости системы по алгебраическому

критерию Гурвица и частотному критерию Михайлова.

8. Используя D-разбиения, найти область допустимых значений

параметра системы АРВ пропорционального действия

9. Произвести расчет динамической устойчивости системы с

определением предельного угла отключения аварии при

двухполюсном коротком замыкании на землю одной из

параллельных линий вблизи шин генераторной станции.

Исходные данные для расчета приведены в таблице приложения.

Номер варианта устанавливается преподавателем.

УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Пункт 1. Для определения параметров схемы замещения

системы необходимо выбрать сечение линий электропередач по

экономической плотности тока. При этом следует иметь ввиду, что

при заданном номинальном напряжении 330 кВ провод в фазе

расщепляется на два, а при номинальном напряжении 500 кВ – на

три проводника. В этом случае радиус эквивалентного провода

может быть подсчитан по формуле:

мм

rra

−

= ,

где:

действительный радиус провода;

n – число проводов в фазе;

a – среднегеометрическое расстояние между проводами

одной фазы линии.

Затем по известным из курса электрических сетей формулам

определяются удельные километрические индуктивные и

емкостные сопротивления передачи

0157,0

lg144,0

ср

+= Ом/км,

емкостная проводимость

кмСим

1058,7

ср

⋅

−

активное сопротивление одной цепи линий электропередач

Ом

R =

При составлении электрической схемы замещения системы, рис.

2, можно пренебречь активными сопротивлениями и

проводимостями трансформатора.

Рис. 2. Схема замещения системы

•

−

•

Параметры всех элементов, входящих в схему замещения

должны быть выражены в относительных единицах, приведенных к

базисным условиям. Для упрощения расчетов удобно за базисную

мощность принять полную мощность, передаваемую

генерирующей станцией в систему бесконечной мощности

2б

cos ϕ

, а за базисное напряжение – напряжение на шинах

приемной системы

2б

UU =

нг

⋅

⋅=

;

нг

100 Sn

⋅

⋅=

;

0л

lrR ⋅⋅=

;

0л

lxX ⋅⋅=

;

0л

lbB ⋅⋅=

;

нт

100 S

⋅

⋅=

;

нг

)н()б(

⋅

⋅=

, с.

Ветвь проводимости, подсоединенная к линиям системы

бесконечной мощности, исключается из схемы замещения.

Таким образом, эквивалентная схема замещения системы может

быть представлена последовательным соединением двух

четырехполюсников, разделенных на рис.2 вертикальной

пунктирной линией, Т-образного, содержащего элементы

ттг

,, jBjxjx − и Г-образного, состоящего из элементов

2/,2/

лл

jxjB

Обобщенные постоянные Т-образного четырехполюсника:

)(1

тг1

BjxjA −⋅+=

;

тгттг1

)( xxBjxxjB

⋅

⋅+

;

т1

BjC −=

; )(1

тт1

BjxjD −⋅

Обобщенные постоянные Г-образного четырехполюсника:

; 2/2/

лл2

xjRB

;

л2

BjC =

;

2/)2/2/(1

ллл2

BjxjRD

⋅

Обобщенные постоянные эквивалентного четырехполюсника

(рис.3) подсчитываются по формулам:

21210

CBAAA

&&&

⋅+⋅= ;

21210

DBBAB

&&&

⋅+

⋅

;

21210

CDACC

&&&

⋅+⋅= ;

21210

BCDDD

&&&

⋅+

⋅

Рис. 3. Эквивалентный четырехполюсник

Для системы с эквивалентными постоянными

0000

DCBA

уравнения для токов и напряжений будут представлены в виде:











.20201

2020

;

IDUCI

IBUAE

&&&

Решая эту систему относительно токов

, получаем:

UAE

−

UDE

−+

&&&

Тогда комплексы полных мощностей начала и конца передачи

определяются выражениями:

EU D E

SEI

∗

−+

UAU

SUI

∗

При построении круговых диаграмм вектор напряжения

конце передачи удобно совместить с действительной осью

комплексной плоскости мощностей, т.е.

UU =

. Тогда ЭДС

генератора будет опережать напряжение на угол нагрузки

, т.е.

eEE

0000

DCBA