РАСЧЕТ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В СЛОЖНЫХ ЭНЕРГОСИСТЕМАХ

Задание 3
Исходные данные 4
Создание модели одномашинной системы 5
Расчет параметров схемы замещения 5
Расчет установившегося режима 6
Поиск эквивалентных проводимостей элементов сети 7
Инициализация модели 7
Описание модели 11
Короткое замыкание 12
Наброс мощности 15
Выводы 19
Моделирование турбины, АРВ и АРС 20
Параметры регуляторов 20
Описание модели 20
Короткое замыкание 22
Наброс мощности 23
Область допустимых значений коэффициентов усиления 25
Выводы 28
Расчет переходного процесса в двухмашинной системе с ШБМ 29
Исходные данные 29
Описание модели 30
Инициализация модели 32
Расчет переходных процессов 34
Последовательные набросы мощности 10% 34
Короткое замыкание в узле 3 (tоткл=tоткл пред) 37
Короткое замыкание в узле 3 (tоткл>tоткл пред) 40
Выводы 45
Моделирование АРЧМ 46
Описание модели 46
Инициализация модели 46
Расчет переходных процессов 47
Отключение генератора 1 47
Выводы 53
Заключение 54

Расчет параметров схемы замещения
Параметры элементов исходной сети взяты из источника [1] и представлены в таблице Таблица 2. Выбор трансформатора осуществлялся исходя из класса напряжения системы (220 кВ) и следующих ограничений:

Таким образом был выбран трансформатор ТДЦ-160000/220.
Таблица 2 – Параметры элементов сети
Наименование параметра
Значение
ТВФ-110-2ЕУ3
Uном, кВ
10,5
Рном, МВт
110
Sном, МВА
137,5
T’d0, c
6,7
Xd, o.e.
2,04
X’d, o.e.
0,271
X’’d, o.e.
0,189
X’’q, o.e.
0,189
Тj, c
7,4
Kd
15
ТДЦ-160000/220
Uвн, кВ
242
Uнн, кВ
10,5
Xт, Ом
39,7
Rт, Ом
1,05
АС-300
x0, Ом/км
0,429
r0, Ом/км
0,098
b0, мкCм/км
2,64
Определим параметры схемы замещения генератора. Синхронное сопротивление по оси d:

Переходное сопротивление по оси d:

Сверхпереходное сопротивление по оси d:

Сверхпереходное сопротивление по оси q:

Определим параметры схемы замещения трансформатора.
...

Инициализация модели
Произведем инициализацию начальных значений для модели генератора, в которой учитывается только уравнение движения и переходный процесс в обмотке возбуждения. [2]
Модуль переходной ЭДС:

Угол переходной ЭДС:

Тогда

Расчет тока по осям d и q произведен согласно векторной диаграмме, представленной на рисунке Рисунок 5.

Рисунок 5 – Векторная диаграмма токов по осям d и q
Модуль тока и угол относительно начала координат соответственно:

Тогда токи по осям d и q соответственно:

Дифференциальное уравнение, описывающее переходный процесс в обмотке возбуждения имеет следующий вид:

Если принять, что , то получается алгебраическое уравнение, из которого выражается:

Схема замещения сети представлена на рисунке Рисунок 6.
...

Описание модели
Движение ротора генератора описывается уравнением движения:

(5)
где - относительное отклонение скорости ротора от номинальной; – механическая мощность турбины; – активная мощность, выдаваемая генератором в сеть; – номинальная мощность генератора; – коэффициент демпфирования; – относительный угол ротора; – постоянная инерции.
Уравнение движения ротора генератора дополняется моделями переходного процесса в обмотке возбуждения и моделью электрического режима. Переходный процесс в обмотке возбуждения обусловлен тем фактом, что при неравенстве частоты вращения ротора и магнитного поля статора ОВ начинает пересекать магнитный поток реакции статора, что приводит к наведению в ней свободных составляющих и, соответственно, изменению ЭДС . Переходный процесс в обмотке возбуждения описывается дифференциальным уравнением:δ

(6)
Расчет переходных процессов осуществляется методом пошагового интегрирования (методом Эйлера).
...

Короткое замыкание
На рисунках Рисунок 7,Рисунок 8,Рисунок 9,Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13 приведены графики переходного процесса при коротком замыкании. Расчеты производились согласно формулам (7), (8), (9). При снижении мощности генератора появляется ускоряющий момент, в следствие чего увеличивается скорость ротора, уменьшается переходная ЭДС и возрастает угол. После отключения короткого замыкания появляется тормозной момент, начинаются качания за счет инерционности, ток уменьшается, значение ЭДС возрастает.
...

Наброс мощности
На рисункахРисунок 14, Рисунок 15,Рисунок 16, Рисунок 17,Рисунок 18, Рисунок 19,Рисунок 20 приведены графики переходного процесса при набросе мощности. Расчет наброса мощности проведен для случая наброса мощности 10% и наброса мощности до сползания. Наброс в обоих случаях происходил в момент времени 3 с. С увеличением мощности увеличивается угловая скорость и угол. Значение наброса мощности до сползания получено методом подбора и равно 211%. Наброс мощности в данном случае привел к колебаниям, которые затухают в момент времени, равный 8 секунд, в момент времени 16 секунд мощность резко падает, начинается асинхронный ход.
...

Описание модели
Движение ротора генератора описывается уравнением движения:

(5)
где - относительное отклонение скорости ротора от номинальной; – механическая мощность турбины; – активная мощность, выдаваемая генератором в сеть; – номинальная мощность генератора; – коэффициент демпфирования; – относительный угол ротора; – постоянная инерции.
Уравнение движения ротора генератора дополняется моделями переходного процесса в обмотке возбуждения и моделью электрического режима. Переходный процесс в обмотке возбуждения обусловлен тем фактом, что при неравенстве частоты вращения ротора и магнитного поля статора ОВ начинает пересекать магнитный поток реакции статора, что приводит к наведению в ней свободных составляющих и, соответственно, изменению ЭДС . Переходный процесс в обмотке возбуждения описывается дифференциальным уравнением:δ

(6)
Расчет переходных процессов осуществляется методом пошагового интегрирования (методом Эйлера).
...

Короткое замыкание
На рисунках Рисунок 7,Рисунок 8,Рисунок 9,Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13 приведены графики переходного процесса при коротком замыкании. Расчеты производились согласно формулам (7), (8), (9). При снижении мощности генератора появляется ускоряющий момент, в следствие чего увеличивается скорость ротора, уменьшается переходная ЭДС и возрастает угол. После отключения короткого замыкания появляется тормозной момент, начинаются качания за счет инерционности, ток уменьшается, значение ЭДС возрастает.
...

Наброс мощности
На рисункахРисунок 14, Рисунок 15,Рисунок 16, Рисунок 17,Рисунок 18, Рисунок 19,Рисунок 20 приведены графики переходного процесса при набросе мощности. Расчет наброса мощности проведен для случая наброса мощности 10% и наброса мощности до сползания. Наброс в обоих случаях происходил в момент времени 3 с. С увеличением мощности увеличивается угловая скорость и угол. Значение наброса мощности до сползания получено методом подбора и равно 211%. Наброс мощности в данном случае привел к колебаниям, которые затухают в момент времени, равный 8 секунд, в момент времени 16 секунд мощность резко падает, начинается асинхронный ход.
...

Область допустимых значений коэффициентов усиления
Расчеты производились согласно алгоритму, представленному на рисункеРисунок 29. Область представлена на рисунке Рисунок 28 и в таблице Таблица 5. Мощность менялась от 55 МВт до 1045 МВт. Из рисунка видно, что нижний предел практически не изменяется по мере увеличения мощности, тогда как верхний уменьшается и продолжает снижаться, асимптотически приближаясь к нижнему пределу.
...

Исходные данные
Схема энергосистемы, для которой необходимо провести расчет, представлена на рисунке Рисунок 1. Параметры энергосистемы приведены в таблицеТаблица 1.

Рисунок 1 – Схема системы
Таблица 1 – Параметры анализируемой энергосистемы
Параметры нагрузки
Генератор
Класс напряжения
Длина линий
Тип линий
35% от Pном ген, cos(ϕ)=0.9
ТВФ-110-2ЕУ3
220 кВ
70 км
АС-300

Создание модели одномашинной системы
Расчет параметров схемы замещения
Параметры элементов исходной сети взяты из источника [1] и представлены в таблице Таблица 2. Выбор трансформатора осуществлялся исходя из класса напряжения системы (220 кВ) и следующих ограничений:

Таким образом был выбран трансформатор ТДЦ-160000/220.
Таблица 2 – Параметры элементов сети
Наименование параметра
Значение
ТВФ-110-2ЕУ3
Uном, кВ
10,5
Рном, МВт
110
Sном, МВА
137,5
T’d0, c
6,7
Xd, o.e.
2,04
X’d, o.e.
0,271
X’’d, o.e.
0,189
X’’q, o.e.
...

Описание модели
Движение ротора генератора описывается уравнением движения:

(5)
где - относительное отклонение скорости ротора от номинальной; – механическая мощность турбины; – активная мощность, выдаваемая генератором в сеть; – номинальная мощность генератора; – коэффициент демпфирования; – относительный угол ротора; – постоянная инерции.
Уравнение движения ротора генератора дополняется моделями переходного процесса в обмотке возбуждения и моделью электрического режима. Переходный процесс в обмотке возбуждения обусловлен тем фактом, что при неравенстве частоты вращения ротора и магнитного поля статора ОВ начинает пересекать магнитный поток реакции статора, что приводит к наведению в ней свободных составляющих и, соответственно, изменению ЭДС . Переходный процесс в обмотке возбуждения описывается дифференциальным уравнением:δ

(6)
Расчет переходных процессов осуществляется методом пошагового интегрирования (методом Эйлера).
...

Инициализация модели
Произведем инициализацию начальных значений для модели генератора, в которой учитывается только уравнение движения и переходный процесс в обмотке возбуждения. [2]
Модуль переходной ЭДС:

Угол переходной ЭДС:

Тогда

Расчет тока по осям d и q произведен согласно векторной диаграмме, представленной на рисунке Рисунок 5.

Рисунок 5 – Векторная диаграмма токов по осям d и q
Модуль тока и угол относительно начала координат соответственно:

Тогда токи по осям d и q соответственно:

Дифференциальное уравнение, описывающее переходный процесс в обмотке возбуждения имеет следующий вид:

Если принять, что , то получается алгебраическое уравнение, из которого выражается:

Схема замещения сети представлена на рисунке Рисунок 6.
...

Последовательные набросы мощности 10%
В данном опыте производится наброс механической мощности сначала на генератор 1, а затем на генератор 2. Для моделирования возмущения в определенные моменты времени изменяется положение регулировочного клапана турбины m. Наброс мощности на генератор 1 осуществляется в момент времени 10 с, на генератор 2 – в момент 30 с.
На рисунках Рисунок 34 – Рисунок 38 представлены графики изменения параметров, характеризующих режимы работы генераторов 1 и 2. Из них видно, что наброс мощности на одном генераторе вызывает изменение угла другого генератора. Это обусловлено тем, что генераторы связаны режимом, и при набросе происходит изменение фаз напряжений в сети.

Рисунок 34 – P1(t)


Рисунок 35 – P2(t)

Рисунок 36 – Δω(t)

Рисунок 37 – δ(t)

Рисунок 38 – U(t)
Кроме того, снижается напряжение на шинах обоих генераторов.
...

Описание модели
Движение ротора генератора описывается уравнением движения:

(5)
где - относительное отклонение скорости ротора от номинальной; – механическая мощность турбины; – активная мощность, выдаваемая генератором в сеть; – номинальная мощность генератора; – коэффициент демпфирования; – относительный угол ротора; – постоянная инерции.
Уравнение движения ротора генератора дополняется моделями переходного процесса в обмотке возбуждения и моделью электрического режима. Переходный процесс в обмотке возбуждения обусловлен тем фактом, что при неравенстве частоты вращения ротора и магнитного поля статора ОВ начинает пересекать магнитный поток реакции статора, что приводит к наведению в ней свободных составляющих и, соответственно, изменению ЭДС . Переходный процесс в обмотке возбуждения описывается дифференциальным уравнением:δ

(6)
Расчет переходных процессов осуществляется методом пошагового интегрирования (методом Эйлера).
...

Инициализация модели
Произведем инициализацию начальных значений для модели генератора, в которой учитывается только уравнение движения и переходный процесс в обмотке возбуждения. [2]
Модуль переходной ЭДС:

Угол переходной ЭДС:

Тогда

Расчет тока по осям d и q произведен согласно векторной диаграмме, представленной на рисунке Рисунок 5.

Рисунок 5 – Векторная диаграмма токов по осям d и q
Модуль тока и угол относительно начала координат соответственно:

Тогда токи по осям d и q соответственно:

Дифференциальное уравнение, описывающее переходный процесс в обмотке возбуждения имеет следующий вид:

Если принять, что , то получается алгебраическое уравнение, из которого выражается:

Схема замещения сети представлена на рисунке Рисунок 6.
...

Отключение генератора 1
Моделирование отключения генератора производилось посредством зануления проводимостей блока 1 в матрице проводимостей генераторов. Отключение блока происходит в момент времени 5 с.
На рисунках Рисунок 54, Рисунок 55 представлены графики для KИ=0. При таком значении коэффициента АРЧМ автоматика не реагирует на изменение частоты в системе, и установление нового значения частоты происходит за счет статизма генераторов. .

Рисунок 54 – Δω(t)

Рисунок 55 – Р(t)
На рисунках Рисунок 56, Рисунок 57 представлены графики для KИ=5. В этом случае АРЧМ реагирует на изменение частоты и увеличивает мощность генератора 4 для восстановления первоначального значения частоты. Это наглядно демонстрируется на рисунке Рисунок 57.

Рисунок 56 – Δω(t)

Рисунок 57 – P(t)
На рисунках Рисунок 58, Рисунок 59 представлены графики для KИ=25. Модуль интегрального коэффициента АРЧМ влияет на скорость восстановления частоты в системе: чем больше KИ, тем быстрее восстанавливается частота.
...

-