Электромеханические переходные процессы в системах электроснабжения
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Электроснабжение
Издательство:
Сибирский федеральный университет
Год издания: 2020
Кол-во страниц: 96
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-7638-4355-2
Артикул: 764384.01.99
Изложены основные положения и определения электромеханических переходных процессов в системах электроснабжения. Рассмотрены практические методы анализа статической и динамической устойчивости узлов нагрузки и энергосистемы в целом, а также условия обеспечения устойчивости современных электроэнергетических систем. Предназначено для студентов, обучающихся по направлению бакалавриата 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника».
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
Изложены основные положения и определения электромеханических переходных процессов в системах электроснабжения. Рассмотрены практические методы анализа статической и динамической устойчивости узлов нагрузки и энергосистемы в целом, а также условия обеспечения устойчивости современных электроэнергетических систем. А. Э. Бобров, В. Н. Гиренков, А. М. Дяков ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ Учебное пособие ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
Введение 1 Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Сибирский федеральный университет А. Э. Бобров, В. Н. Гиренков, А. М. Дяков ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ Учебное пособие Красноярск СФУ 2020
Электромеханические переходные процессы в системах электроснабжения
2
УДК 621.31.018.782.3(07)
ББК 31.27-016.2я73
Б725
Р е ц е н з е н т ы:
Г. С. Тимофеев, кандидат технических наук, начальник службы
электрических режимов ЦУС филиала ПАО «МРСК Сибири» – «Красноярскэнерго»;
А. В. Бастрон, кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Электроснабжение сельского хозяйства» ФГБОУ ВО «Красноярский государственный аграрный университет»
Бобров, А. Э.
Б725 Электромеханические переходные процессы в системах электро
снабжения : учеб. пособие / А. Э. Бобров, В. Н. Гиренков, А. М. Дяков. – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2020. – 96 с.
ISBN 978-5-7638-4355-2
Изложены основные положения и определения электромеханических пе
реходных процессов в системах электроснабжения. Рассмотрены практические
методы анализа статической и динамической устойчивости узлов нагрузки
и энергосистемы в целом, а также условия обеспечения устойчивости современных электроэнергетических систем.
Предназначено для студентов, обучающихся по направлению бакалав
риата 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника».
Электронный вариант издания см.:
http://catalog.sfu-kras.ru
УДК 621.31.018.782.3(07)
ББК 31.27-016.2я73
ISBN 978-5-7638-4355-2 © Сибирский федеральный
университет, 2020
Введение 3 ВВЕДЕНИЕ Данное учебное пособие соответствует требованиям учебной про граммы по дисциплине «Переходные процессы» федеральной составляющей государственного стандарта по направлению 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника». Основная цель данного учебного пособия – дать возможность приоб рести студентам теоретические знания в области анализа устойчивости режимов при эксплуатации электроэнергетических систем (систем электроснабжения). Излагая материалы учебного пособия, авторы опирались на фунда ментальные труды и методические разработки по переходным процессам в системах электроснабжения. В пособии даны основные понятия и определения электроэнергетической системы, режимов ее работы и параметров, видов устойчивости и названы причины, вызывающие переходные процессы в системах электроснабжения. Определены требования, предъявляемые к режимам, условия осуще ствимости установившихся и переходных режимов, показатели качества переходных процессов и дана простейшая оценка статической и динамической устойчивости работы систем электроснабжения. Показаны соотношения между параметрами синхронных двигателей и их векторные диаграммы. На основании векторной диаграммы синхронной машины (синхронного двигателя) получены аналитические выражения ее ЭДС и мощности, потребляемой двигателем. Представлены угловые статические и динамические характеристики потребляемой мощности синхронного двигателя в зависимости от степени регулирования его возбуждения, работающего в простейшей системе. Определены практические критерии статической устойчивости синхронного двигателя, показано влияние на статическую устойчивость системы электроснабжения регулирующих эффектов нагрузки и компенсирующих устройств. Выполнен анализ устойчивой работы асинхронного двигателя. Даны характеристики потребляемой мощности асинхронной нагрузки, рассмотрены условия устойчивой работы асинхронного двигателя и определен практический критерий его статической устойчивости. Показано влияние изменения параметров режима (напряжения и частоты) на потребляемую
Электромеханические переходные процессы в системах электроснабжения 4 асинхронным двигателем мощность, и определены условия его опрокидывания (останова). Рассмотрены переходные процессы в узлах нагрузки при малых воз мущениях и лавинные процессы, связанные с изменением уровней напряжения в системах электроснабжения. Дана оценка динамической устойчивости переходных процессов синхронных машин по энергетическим критериям. Из правила площадей определены условия (критерии) сохранения динамической устойчивости и ликвидации аварийных режимов для ее обеспечения (определение предельных углов и времени отключения короткого замыкания). Показано влияние автоматических устройств синхронных машины и автоматического повторного включения линий электропередач на повышение динамической устойчивости. Рассмотрены переходные процессы, обусловленные резкими изме нениями режима в системах электроснабжения. Определены условия пуска и самозапуска двигателей и влияние их на устойчивость узла нагрузки. Приведены мероприятия по обеспечению устойчивости и улучшению переходных процессов в электроэнергетических системах.
1. Основные понятия и определения 5 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ Энергетическая система (энергосистема) – это совокупность элек тростанций, электрических и тепловых сетей, соединенных между собой и связанных общностью режима в непрерывном процессе производства, преобразования и распределения электрической энергии и тепла при общем управлении этим режимом. Электроэнергетическая система (ЭЭС) – находящее в данный момент в работе электрооборудование энергосистемы и приёмников электрической энергии, объединённое общим режимом и рассматриваемое как единое целое в отношении протекающих в нём физических процессов. Часть ЭЭС, непосредственно осуществляющая снабжение электри ческой энергией потребителей, называется системой электроснабжения (СЭС). Она содержит питающие и распределительные сети, трансформаторы, компенсирующие устройства, синхронные компенсаторы GS, конденсаторные батареи СВ, статические источники реактивной мощности (ИРМ) и устройства, в которых электроэнергия используется в производственных и бытовых целях. Устройства называют приёмниками электроэнергии (нагрузками, по требителями). Места подключения отдельных СЭС к высоковольтным сетям ЭЭС называют узлами нагрузок. Установившиеся режимы и переходные процессы в СЭС должны удовлетворять тем общим требованиям, которые сформулированы к ЭЭС в целом. Виды режимов: 1. Установившийся нормальный режим – это длительный режим, оп ределяющий основные технико-экономические характеристики системы. 2. Установившийся вынужденный (послеаварийный) режим в общем случае характеризуется изменением нормальной схемы системы (например, отключением какого-либо элемента). В этом режиме система может работать с несколько ухудшенными технико-экономическими характеристиками по сравнению с нормальным режимом. 3. Нормальный переходный режим – это изменение режима при пе реходе от одного рабочего состояния системы к другому рабочему состоянию. 4. Аварийный переходный режим – это режим, при котором опреде ляют технические характеристики устройств, связанных с необходимостью ликвидации аварии, и выясняют условия дальнейшей работы системы.
Электромеханические переходные процессы в системах электроснабжения 6 Режимом системы называют совокупность процессов, существую щих в системе и определяющих её состояние в любой момент времени или на некотором интервале времени. Параметры режима – это количественные показатели, определяю щие условия работы системы (S̲ , Р, Q, I̲, угол сдвига векторов ЭДС синхронных машин δ, f и др.). Параметры системы – это количественные показатели, определяю щие физические свойства элементов системы, схемы их соединений и ряд допущений расчётного характера (Z̲ , R, X, Y̲ , Z̲ ii и Z̲ ij, KTp, Т – постоянная времени, Kусил и т. д.). ЭЭС (их режимы) описываются нелинейными уравнениями, что обу словлено физическими закономерностями. Ряд параметров системы (R и X, характеристики намагничивания и взаимоиндукции, коэффициент усиления регуляторов и т. д.) зависит от её режима. Однако во многих практических задачах при рассмотрении переходных процессов делают предположение о постоянстве этих параметров системы. Вторая причина обусловлена нелинейным характером соотношений между параметрами её режима. На рис 1.1 в качестве примера показаны простейшие электрические схемы с нелинейными параметрами режима. Выражения мощности: 2 U P R (рис. 1.1, а); sinδ E U P x (рис. 1.1, б). Здесь R, х∑ – параметры системы; Р, Е, U, δ – режимные параметры. а б Рис. 1.1. Примеры электрических схем с нелинейными параметрами Неучёт этой нелинейности в ряде случаев осуществляют с помощью линеаризованных уравнений, характеризующих состояние системы. Например, при линеаризации по первому приближению 0 cos E U P x .
1. Основные понятия и определения 7 Переходные процессы возникают из-за изменений параметров сис темы, вызванных какими-либо причинами, которые называются возмущающими воздействиями. Вводят два условных понятия возмущений: «малые» и «большие». Малое возмущение – это возмущение, влияние которого на характер поведения системы проявляется практически независимо от места появления возмущающего воздействия и его значения. Вследствие этого система в диапазоне режимов, близких к исходному, может рассматриваться как линейная. Большое возмущение – это возмущение, влияние которого на характер поведения системы сильно зависит от времени существования, значения и места появления возмущающего воздействия; в связи с чем нелинейность системы во всём диапазоне исследования должна учитываться. При нормальной работе системы всегда имеются малые возмущающие воздействия (например, изменения нагрузки), которые вызывают малые возмущения режима. Это говорит о том, что строго неизменного режима в системе не существует и установившийся режим представляет собой ряд переходных процессов, вызванных малыми возмущениями. Эти возмущения не должны вызывать нарушения устойчивости режима, т. е. приводить к прогрессивно возрастающему изменению параметров её исходного режима. Система должна обладать статической устойчивостью при малых возмущениях. Статической устойчивостью называют способность системы вос станавливать исходный режим после его малого возмущения или режим, близкий к исходному (если возмущающее воздействие не снято). Математический анализ проводят линеаризованными уравнениями либо приближённо – практическими критериями устойчивости. По отношению к большим возмущениям вводят понятие динамиче ской устойчивости. Здесь возникают резкие и существенные изменения режима системы, приводящие к значительным отклонениям режимных параметров от их исходного состояния, при которых необходимо учитывать нелинейность системы (Р = ƒ2(δ)). К таким возмущениям относят короткие замыкания (КЗ) в системе и последующее их отключение (это аварийный переходный процесс); примеры нормальных переходных процессов: изменение схемы соединения системы, например при отключении несущих значительные нагрузки блоков генератора-трансформатора и линии; нормальное включение или отключение линий с большой зарядной мощностью; включение синхронных машин методом самосинхронизации и т. д. Динамической устойчивостью (синхронной устойчивостью) назы вают способность системы восстанавливаться после большого возмущения к исходному состоянию или практически близкому к нему, допустимому по условию эксплуатации системы (рис. 1.2).
Электромеханические переходные процессы в системах электроснабжения 8 Если после большого возмущения синхронная работа системы сна чала нарушается, а затем после некоторого допустимого по условиям эксплуатации асинхронного хода восстанавливается, то говорят, что система обладает результирующей устойчивостью (рис. 1.3). Рис. 1.2. Синхронная динамическая устойчивость Рис. 1.3. Результирующая устойчивость Для асинхронных режимов характерно периодическое изменение фазы вектора ЭДС хотя бы одной станции (эквивалентного генератора) системы на угол, больший 360°. t, с Фd ωс t, с
1. Основные понятия и определения 9 Вопросы и задания для самопроверки 1. Дайте определения энергетической и электроэнергетической систем, системы электроснабжения, перечислите их составные элементы. 2. Что такое режимы и процессы? 3. Перечислите виды режимов и процессов. 4. В чем заключается нелинейность параметров? Укажите ее виды в электро энергетической системе. 5. Дайте определение малых и больших возмущений в системе. 6. Что понимается под статической, динамической и результирующей устойчи востью электроэнергетической системы?